/
Text
т
of
Edi tecl Ьу
ERNEST с. BERNHARDT, DR. LNG.
Роl yche/пicals Depart/l1eпt
Е. [. du PO/1,t de Neтours & Со.. [пс.
PLASTICS ENGINEERING SERIES
R.EINHOLD PUBLISHING CORPORATION
NE\V YORK
CHAPMAN & HALL, LTD., LONDON
т
э. БЕРНХАРД.Т
(сост АВИТЕ.71Ь)
Е
т
l1еревод с аНсАUЙСКО20
Р. В. ТОРНЕРА, Е. В. ЗАКС,
Ф. Б. rУБЕРА, В. и. ТАРЦМАНА
Под редакцией
Т. В. В/1НОТРАДОВА
,.
.1 3 Д;t\ ТЕЛ ЬСТВО «ХИМI1Я»
МОСКВА · 1965
УДК 678. 073:678. 027 /02)..2J 82
Б 51
.
Кииrа посвящена п рерабзтке термопластичных
материалов. Она состоит из трех частей. Первая часть
теоретическая, во ВТОрОИ части рассматриваются OCHOB
ные процессы переработки этих материалов в изделия,
в третьей части собраны оБUlирные справочные CBeдe
u
ння о своиствах тер {опла.стов, Быпускаемьrх амери
канскими фирмами. ПJ сравнению с первым изданием
(1962 r..) в текст перевода внесены исправления и
уточнения некоторых расчетных фJРМУЛ.
Книrа предназначается для ин}кенерно...техниqеских
работников заводов па переработке пластических Ma
териалов, работников научно.исспеповательских инсти
тутов и конструкторских бюро, создающих новые образ.
nbr машин для переработки полимеров, а также Сl'у.
дентов соответствую!.:tИХ вузов.
к ЧJ1ТАТЕЛЮ
....
..
Иэдательсmво просит прuсылаmь Ва:ии заме l lаllUЯ
и отзывы об этОl) кни2е ПО адресу: Москва, К ..12
Навал площа()ь, 10, Издательство «Хuмuя»
СОДЕР)l\АНИЕ
ОТ редактора..
Вuсдение. ..
. . .
. .. . ..
. .
. . .
. . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
1 1
]4
. . . . . .
. . .. .
Часть первая
Теоретические основы процессов пере работки
термопластичных материалов
F..1aea 1. Особенности течения термопластичных материалов
.. . .. . . ..
17
19
19
19
27
47
51
56
56
10
1']
76
78
1'8
82
82
85
. \ U
UCHOBHbIe своиства 1vlатериалов .. . . . . . . . . . . . . . . .
Идеализированные тепа. . . .. .. . .. .. . . . . . . . . . . . .
1'ечение реал ьных матери"алов. . . . . . . .. . . . . . . . .
в л и я н и е Д а вл е н и я ......................
Влияние температуры.. . . . . . . . . . .. .......
Течение u трубах простой rеО!\1етричеСI{ОЙ фОр IЫ сечения. . . . . .
Изотермическое течение в круrлых трубах. . . . . . . . . . .
Изотермическое течение между двумя плоскостяrvlИ и в трубах
пряJ\tlоуrольноrо сечения .. . . . . . .. . . . . . . . . .. ..
Течение в кольuевых каналах. . . . . . . . . . . . . . . . .
Неизотермическое течение в круrлых трубах. . . . . . . . . .
Практические методы определения реолоrических характерИСТИl(
жидкос ти . . 81 . 81 .. .. .. . .. .. . . . . . .. . .. .. .. . 1. . .. .. ..
Характеристики стаuионарноrо развившеrося течеIIИЯ. , . . .
Проuессы, протекающие БО времени.. . .. . . . .. . . . . . . .
у с л о в н ы е обо з и а ч е н и я .. . . . . . . . . . . . . . . . . .
л llтepaтypa . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .
r лава 11. Термодинамика и теплопередача. .
. .
. . .
.. . .. ..
. . .
89
90
90
96
101
103
]09
115
120
120
]21
]25
126
]28
130
Термодинамика и теплофизические расчеты. . . . . . . . . . . .
Термодинамические функции. . . . . . . . .. ... _ . .
. Полный энерrетический баланс проuесса течения. . . . . . . .
Т е пл 00 бм е н . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. .
Теплопроводность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
КО н ве кц и я . ... . . . . . . .. ..............
Лучистый теплообмен . . . . . . . . . . . . . . . .. ...
Наrревание термопластичных !\'lатериалов. . . . . . . . . . . .
Наrревание с ПРИlVlенение!\I элеI\тронаrревателеЙ СОПРОТИDле
ни я . ... " .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. ..
Наrревание токами ВЫСОКОЙ частоты. .
Индукционный HarpeB '. . . . . . .
Наrревание за счет BHYTpeHHero трения в
Условные обозначения .. . . . . . .
Литература . .. . . . . . . . . . . . .
".... 81"""
l' .. .. .. ..
. . .. . . . .
. . . . ..
. 11 .. 11 1. . .
. . 1. .
матер и a п.e. .
11 . . . .
.. .. .. .. . . .
. . .
1. .. . . 11 ..
1. . ,. . . 11
6
СОДЕРЖАliИЕ
.
.........и. ......
.
r лава 111. Теория смешения и дисперrирования . . . . . .
Смете н и е . . . . . . . . . . .' .....
Описание смесей . . . . . .' ._
- .. . . I ..
. ,
Идеальный процесс сrvlешения. . _ . _ _ _ . _, '_"
ПериодичеСI(ИЙ процесс смеш нип . _ . . . . . .. .
11епрерывный процесс С!\Iешения. . . . . . . .. . . . . . . .
Мощность, расходуемая при С lешении" " . . . . . . . . . . .
Данные, необходиrvlые для расчета процесса смешения . . . . . .
Дисперrирование ,. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
пр ил ожен и е А .. . 4 . . . . . . . . . . . . 4 . . . . . . .
Увеличение поверхности контакта при деформациях сдвиrа и
растяжения . .. . . . . . . . . . . . . . . - . . . . . . .
Приложение В .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Одновременное действие деформаци:и сдвиrа и диффузии . . . . .
При.пожение с.. ............". . . . . . . . .
Толщина полос при случаЙНО f распреде 1ении элементов смесн
Пр ил ожение О . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Расчет смешения при .паминарно\'т течении :=3 C'\If' rT ."1 -!СП СРЫ8
u
Horo деиствия .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Пр иложение Е . 4 . . .. . . . . . . . . I . . . . . . . . . -
Расчет эффективности смесителя HenpepbIBHoro действия. . . . .
Условные обозначения .. . . . . . . . . . . . . . . . .
л итература . .. . . . . . . . . " . . 11 . . . . . . . . . . .
"111 .. .. ..
. .
- . .
.. .. .. ..
Часть вторая
fIроцессы переработки термопластичных материалов
rлава /v. Шприцевание (экструзия) . . . . . . . . . . . . . . . . .
Введение в теорию шприцевания. .. . . . , . . . . . . . . . . .
Констр укция шприц машины .. " . . . . . . . . . . . . . .
Упрощенный качественный анализ работы шприц машинь,. . . . .
ШПРИЦ I\Iашины специальноrо назначения. . . . . . . . . . . .
Вывод основных уравнений течения для червячной шприц маши
I
Н ыI .. .., .. .. .. .. .. 1 .. .. .. .. . ..
........ 1...... 1............
Схематическое описание работы одночервячной шприц машины
РаспредеJlение скоростей в I(анале червяка. . . . . . . . . . .
У те 1.1 к и . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Окончательная форl\trа {равнений течения в червяке шприц ма
ш и н ыI I ... .. iII .. .. .. .. I .. . . .. .. 1 . .. .. .. .. . .. 111 .. .. ..
Мощность, расходуемая в червячных шприц"'машинах . . . . .
Расчет производительности пластицирующих ШПРИll. машин. . . .
Общий сл У чай . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Изотермически:Й режим .. . . " . . . . . . . . . . . . . . .
Ади абатический реЖИ1\I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Уравнения, описывающие транспортнровку сыпучих материалов
Теория транспортировки сыпучих материалов. . . . . . . . .
Проектирование пластицирующих шприц машин. . . . .. . . . .
Теория и проектирование. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Мощность, потребляеrvlая пластицирующей ШПРИЦ I\/lашиной. .
Моде,Тlирование пластицирующих машин. . . . . . . . . . .
Приборы для контроля и управления процессом ШПРllцевания . . .
к о н с тр У и р о в а н и е rол о в о к . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Упрощенный аналитич скиЙ ПО,дход к конструироваНИIО rоло
БОК . ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. 1 . .. .. .. .. . . . . .. . .
131
131
132
140
146
148
150
152
153
154
154
157
15-7
160
160
161
161
[65
!65
166
167
169
171
171
172
176
181
184
185
187
215
218
220
226
227
229
247
253
253
255
256
266
269
272
278
278
"'
СОДЕР/I(АНИЕ
......
Более точиый подход к конструированию rОЛОВОI( 1 1 . . . . .
Связь между rоловкой и шприц машиной. . . 1 . 1 .. ..
Даниые, необходимые для проеI(тирования rоловки. .. . . .
[оловки для шприцевания круrлых стержней. . . 1 . . . 1 .
Щелевые rолов ки ". . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . .
К а бел ь н ы е r о л о в к и .. 1 . . . . . . . . . . . . . .. . " . .
Коллекторные листовальные rоловки. . . . . . . . ,. . . . .
Листовальиые rоловки типа «рыбий хвост» (клиновоrо типа). .
[оловки для шприцевания изделий с клиновидным сечением. .
rоловки для шприцевания изделий сложноrо профиля с участ
u
ками неравнои толщииыI. . . . .. . . . . ,. . . . . . а . .
[оловки для шприцевания «массивных профилей» . . . . . . .
Особениости технолоrии изrотовлеиия rоловок., . . . . . . . .
ОЧ е р ед н ы е з ад а ч и .. . . .. . . . . . . " . ., . . . . . . .
Охлаждающее, отборочиое и приемиое оборудование. . . . . . . .
Охлаждающие приспособления .. . . . . . " . . . . . . . .
Отбор очные устройств а . . .. .. .........., _.
При е м н ы е ]\1 е х а н и з мы.. 1 1 . . . . . . . . . . . . . . . ,
Расчет процессов теплопередачи. 1 . . . . . . . . . , . ,
Приложение А .. 1 . . . . . . . . . . . . , , , . . .
Текучесть и метод расчета поправок на величину среднеii .lth)'че-
u u
сти для круrлых отверстии и плоских ще..jеи. . . . . . . . . ·
Пр иложеиие В .... . . . 1 . . . 1 . . . 1 , . . . . . . . . . .
Вывод точноrо уравнения течения ньютоновской ЖИДI(ОСТИ через
u
кол ьцевои кан a ll 1J: 1 . . . . . . . . . . . . . . . 1 . . . .
Пр И"J10жение С '. . . . . . . . . . . . . .
Вынужденный поток в кабельных r.о.повкзх : . . . . . _
Условные обозначения . 1 . _ . . . . .
л uтeparnypa . .. 1 . . . . _ . ,
. . .
. . .
. .
. -
. . -
. .
- .
. ,
.
. .
r дава v. Литье ПОД давпением. . . 1 1 1 . . . .
Литьевые машины .. . . . . . . . . .. .... .,
Цикл формования " . . 1 . ., .,.. .
Питаиие rранулами 1. . . . . . , . . . . . . . . I . .. ..
НаrревательныЙ ЦИ.лин,2 Р '. . . , . . . . . . . . . . .. _.
ТеоретичеСI(ое рассrvrотрение .. . . . . . . . . . . . . . . .
Конструкция наrревательной I(aMcpbI. . . . 1 . . .' ...
Реrулирование температуры . . . . . . . . . . . _ . . . . , .
Фор с у н ки . '. . . . _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Прессформы для литья под давлениеI\Л. . . . . . . . . . . . . . .
Детал и прессфор мы .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
к о нс тр У кци Я пр ессфор мы.. . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Влняние давления, температуры и вреrvrени на процесс .литья под дaB
лен ием . .. .. . .. . . . . . . .. . . . .. 1. .. .. .. . . . . . .. .
Уравнение состоя ПИЯ 1. . . . . . . . . . . . . 1 . . . . . _
Диаrр al\1Ma даВ.пение те1\fпер атур а . . 1 . & 1 . . 1 . . . . . _
Фор м уе мост ь .. .. . . . . . . 1 . . . . . .' _.....
Методьт опреде Т"Iения фОрl\rуе 10СТИ. ...... 1 .....
Пр ил оже ни е А .. . .. ... _ . . . . . . . . . . . . . . .
л ите рат ура . .. . . . .' , . . . . . . . . . _
. . .
. .
.
rЛава VI. Каландрование . . . . . . . . 1 .. . .. . . . .. .
Обработка материала на каландре. . . . . . . , . 1 . .
Проблемы I(онструирования каландров. . . . . . . . . .
Измерение давления и распорноrо усилия. . . . # . . .
. . .
. .
.
. .
. .
. .
7
283
291
291
293
299
305
307
311
313
316
318
320
320
321
322
325
326
327
334
334
336
336
339
339
342
345
349
349
354
357
361
361
373
381
384
387
388
397
402
402
403
407
416
422
426
428
428
430
432
8
СОДЕРЖАНИЕ
.. .....LI...
Методы uэкспериментальноrо определения давлениЙ и распориых
усилии . .. . . . . . r " . . _ . . . . . .
Аналнтическое определеиие давления и распорно о. у н и ." : :
ПРIll\-1еры расчета по уравнению АРДИЧВИJIИ 1 . . . . ... . . . .
Методы реrулирования . прафиля .листа. 1 . . 1 1 . 1 1 1 1 . .
Проrиб вал ков КрЛ.андра. . . . . . . . . . . 1 . . . 1 . . .
Бомбировка валков . . . . " . . . . . . . . . . . . . . . .
Перекрещивание и контризrиб валков. . . . . . . . . 1 . . .
Некоторые дополнительные соображения. . . . . . . . " . . . .
Последовательные этапы конструирования arperaTa для каландро
вания . 111.. . I .. .. . . .. '. .. .. . .. " .. .. . .. .. . . . 111 111 .. ..
Пр и ;ri ожен и е А ... " . . . . 1 . 1 . . . .. . . . . . . . .. . . .
в ывод уравнения r аСI(ел л а. . . . . . . . . . . . . . . . _
,/1 итература " . . " . . . . .. .. . . . . . . . . . . _ " . . 1
r лава V 11. Смешение и дисперrирование ..".............".
Про u ее с с 1\f е ш е н и я . 1 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 .
Процесс дисперrирования .. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Смешение и дисперrирование термопластичных материа.10В. . .
Современная lеория смешения и дисперrирования. . . . . . .
Теоретическое положение '. . . . . . . . . . 1 . . . . 1 . .
Смешение при ламинарном течении. . . . . 1 . . . . . " . .
Оrраничения, определяющие область применения теории сМеше
н ия . .. 1 111 111 111 1 . .. .. .. .. .. .. ... ..
111 . .. .. ..
.. 1 . ..
. . .
Определение степени смешения. . . . . . . . . . . . . . . .
Оборудование, применяемое для смешения и дисперrирования. . .
Двухвалковые смесительные вальцы. . . . . . . . . . . . 1 .
За кр ытые см есител и .. . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . .
Одночервячные шприц машины . 1 . . . . . . . . . . . . . 1
Ч ер вя ч н Ь1 е см ее ител н . 1 . 1 . . 1 ........ 1 1 . .
в ы воды . . . . . . 1 1 . . . . . . . . . . . 1 1. .... 1 .
Пр и л оже н и е А .. . . . . 1 . . . . . . . . . . . . 1 . . . . .
Течение в зазоре l\11е)кд { I(РОМКОЙ лопасти и стенкой камеры за-
I( рыто r о C1H ее и тел я ". . . . . . . . . 1 1 1 .. 1.....
К а вал спастоя н Но й r л у бин ОЙ 1 . . . . . . . . . . . . . . . .
Канал с линейно I\IеняющейсSI rлубиной. 1 . . . . . . .' .
л итература . . . . . . . 1 . . " . . . . 1 . . . 1 . . . 1
rлава v 1 i 1. Формование изделий из листовых материалов " . . . . . .
Основные методы формования изде lИЙ нз листов. . . . 1 . . . . 1
Шта!\1пование . .. . . . " . . . . . . " . . . . . . 1 . . . .
Формование с проскальзываниеI\;[ листа в прижимной раме . . ..
ФОР!\Iование сжатыl'Л воздухом (пневмоформование) 1 . . . . .. 1
В а к у у м фо р м о в а U и е . .. . . . . . . . . .. . . . . . 1 . . . 1
Разиовидности методов форI\10вания нз листов. .. 1 . . . . . . . 1
Различные способы штампования. . .. . . . . . 1 . 1 1 . . 1
Различные способы формования сжатым воздухом. . . . . . 1
РаЗ 1ичные способы ваКУУ11формования. 1 . " . . . . . . . .
КОl\irбинированное пневмо и вакуумформование . 1 . . . . . .
в а к у у 1\'1 фс Р 1\1 О В О Ч н ы е м а ш и н ы .. . 1 . . . . . . . 1 . . . . . . .
М а Пl и н Ь1 С Р У ч н ы м у пр а в л е н и е !\'I. . . . . . . 1 . . . . . 1 " 1
Полуавтоматические маш ины .. . . . . . . . . . 1 1 . . _ .
.(t\ в то м а т и чес к и е м а ш и н ы ." " .. . . . . . 1 . . . . . . . . "
Комбинированные шприц и вакуумфОРМОI30чные lvlашины . . . .
432
434
438
444
445
446
446
449
451
453
453
455
456
456
457
457
457
458
458
459
460
461 '
465
477
486
488
490
491
491
'494
494
499
501
502
502
503
503
503
504
504
505
508
517
518
518
519
521
525
СОДЕРЖАНI'l Е
9
..... 1""""""""
.....
Э rrеIvrенты ваКУУТ\IФОР мовочных ТУ! аш нн. . . . . . . . . . . . .
н arpenaTe.J1bHoe оборудование .. . - . . . . . . . . . . . . .
3 а к р еПJI ен 11 е .Т! ист а ". . . . . . . . .. ........
ВСПомоrател ь ные обвязкн пр н)кпr.,[ной р 3:\tbI . . . . . . . . .
В а к у )П\t Н Ы е с ис тем ы . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Возду шн ыЙ I(О!\iпрессор . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Фор i Ы .. .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Реrулирование теl\лпераТУРbI н OX.тI аLкденис. . . . . . . . . . .
Тех НИК а безоп ас ности ". . . . . . . . . ..... - -
Анализ теХНОJ10rии в аКУУI\iфОРl'лования. . . . . . . . . . . . -
Обо r р е в . . . . . . . . . .. . . . . . - . . - . . . . .
Вытяжка разоrретыIx I'ТIистов. . . . . . . _ . . . . . .
Охлаждение . .. . . . . . . . . . . .. .......
JI истовы е м а те р и: ал ы .. . . . _ . . . . . . . .. .......
ЛистовоЙ f\1атериал на основе по.листирола. . . , . . . . . .
Листовой материал на основе полиакрилата . . . . . , . .
Листовой I\.tатериал на основе виниловых полимеров. . . . .
ЛистовоЙ !\1атериаJ1 на основе по.тrиолефинов . . . . . . . .
ЛистовоЙ материал на основе цеЛJ1ЮЛОЗЫ. . . . . . . . . .
ПОJ[иа .Jидные 11 ПОJIиэфирные пленки. . . . . . . . . . . . .
Обр аботка I'OTOBblX изделий . . . . . . . . . . . . . . . . .
о бр ез ка . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Нанесение РИСУН1(а на ,,:IHCT 11 обраGОТЕа поверхности. . _ . . .
Перспективы развития процесса фОРf\10вания терrvrопластичных Ma
те р и а л о в . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
л ите рат ура . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
526
526
529
529
531
532
532
538
539
539
539
544
555
558
559
560
561
561
562
563
563
563
56б
567
567
r лава 1 х. Формование полых изделий
111 1..111 111 111...111 111 111....111
569
570
570
570
571
572
573
573
575
579
579
579
581
581
OCHoBHbIe l\-1етоды формования полых изделий. . . . . . ., .
Р аз Д y в а н и е тr и с т а . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ИзrОТОВ.:1ение полых изделий литьем под даВ.пениеl\i и их сборка.
ФОРl\10вание в черновой и чистовой фОрl\-tах. . . . . . . . . . .
Центробежное литье .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Раздувание рукава .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Развитие методов выдувания ПОJIЫХ изделий. . . . . . . . . . . .
Современные процессы .. . . . . . . . . . . . . . . I . . .
...i\нализ параl\tсетров процесса. . . . . . . . . . . . . . . . .
Р а бо ч и е пар ам етр ы . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Св о Й с т в а п О.Н и М е р о в .. . . . . . . . . . " . . . . .
Перспективы развития процссса. . . . . . . . . . . . . , .
л uтepafnypa .. . . . . . . . . . . . . .. .... . .
r лава х.. Сварка термопластичных маlериаЛО8. . . . . . . . . . . .
В иды св арки ". . . . . . . . . . . . . " .. .
Сварка в сварочных прсссах. . . . . . . . . . . . . . . . . ..
Типы наrревате.пей .. . . . . . . . . . . . . . . . .
Реrулируемые параметры процесса. . . . . . . . . . . .
Способы, предотвращающие прилипание I\латериа.пз к плита .1 .
н е пр ер ы в н а я с в а р к а ... . . . . . .. . . . . . . . . . . . .
Высокочастотная сварка .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Свойства пол и f\Iep ов .. . . . . . . . . . . . . . . . . .' . .
Принцип действия .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Рабочий ци кл .. . . . . . . . . . . . . . . .
r а зо в а я с в а р к а .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
583
583
584
584
585
589
590
592
593
594
597
597
10
СОДЕРЖАНИЕ
...
Сварка при поrvlОЩИ HarpeTbIX инструментов. 1 . . 1 .
Индукционная сварка и друrие ана.Тlоrичные ей способы . ,
И нд У к II И о н н а я с в а р к а . . . . . . . 1 . . 1 . . . . - , .
Сварка при помощи наrревателей сопротивления. _
Сварка при помощи ШПРИЦ ]\1ашины. . . . . . _
Фрикционная сварка .. 1 . 1 . . . . _ _
Параметры процесса .. . . . . . . _
Перспективы развития процесса сварки. .
л u те р а т у р а . i. . . . . 1 . . . . 1 . . . . . _ -. . . .
. .
. .
, .
.
.
. .
. .
.
. . .
1 . . .
. .
. . ,
. .
Часть третья
Технолоrические свойства перерабатываемых материалов
ПолиаН:РИJ1ать[ . . . . . . . ' _
Целлюлозные П.,ТIастики ..
ПОoJiJиамиды . ". . . . . _ . _
ПО,ПИЭТIIлен 1 i. . . .
ПОJIИСТИРОЛ . 1. . .
Виниловые ПОtJ1И1\Iеры .
у к а 3 а Te/I ь . . . 1 . . . _
. -
. . .
. . .
. -
. .
. .
- J - .
- .
. '
I . , . . ...
, ,
r . I - .
, ,
.
.
.
. ,
, ,
. . J
...
599
599
599
601
601
602
604
605
605
607
614
628
642
650
688
714
738
ОТ РЕДАКТОРА
Предлаrаемая вниманию советских читателей моноrрафия
по переработке термопластичных материалов, изданная Амери
канским обществом инженеров по пластмассам, представляет
собой сборник статей, содержащих в большинстве случаев систе.
матическое изложение материала, но иноrда недостаточно co
rласованных между собой.
Первая часть книrи включает три rлавы_ r лава 1 посвящена
Э"ТIементарному рассмотрению физико механических (прежде Bcero
реолоrических) свойств расплавов и растворов полимеров. По
скольку реолоrия является базой теоретическоrо анализа мноrих
процессов переработки полимеров, основные положения rлавы 1
широко используются в" остальных частях книrи. rлава 11 в про...
стой и сжатой форме дает представление о теплофизических xa
рактеристиках полимерных материалов 1-1 о процессах теплопере
дачи. Такие характеристики полимеров, как, например, энталь
пия и ее зависимость от температуры, имеют большое значение
при проведении мноrих процессов переработки термопластов,
особенно при их литье под давлением. Вопросы теплопередачи
часто являются решаЮЩИМIf Прlf переработке термопластичных
материа пов. В rлаве 111, в которой излаrаются основы теории
переl\1еШI-Iвания II дисперrирования полимерных материалов, ши
u .
роко ИСПОЛЬЗУIОТСЯ методы мате:rv/lатическои статистики, что может
представить трудност}! для лиц, неЗI-Iакомых с этими метода ли.
Однако большинство ПОСtJl'Jедующих r&lТIaB книrи (кроме rлавы VII)
не требует пр едва р Иl ельноrо знакомства с r л аво}! 111.
Вторая, основная часть книrи СОСТОИl'r из семи rлав, неравно-
ценных по rлубине изложения. Частично это объясняется тем,
что не все процессы переработки термопластичных материалов
поддаются теоретическому анализу и расчету, но в то же время
не которые праI(тичеСI{И хорошо разработанные процессы осве-
12
01" РЕДАI(ТОР.
щены слишком конспективно (примером может служить rлава Х).
.
Во второй части моноrрафии обобщен значительный опыт, накоп.
ленный в США по конструированию оборудования для переработ-
.
ки термопластичных материалов, в частности по контролю и автс-
матизации этих процессов, но в ней слабо отражены качественные
особенности переработки отдельных видов пластических масс.
ПОЭТОМУ хорошим дополнением к настоящей моноrрафии може1
С"ТIужить выпускаемая в США издательством Reinhold серия KHIlr
неБолыlоrоo объема, посвященных разным видам полимеров. Не..
которые из этих книr вышли в переводе на русский язык (ФЛОJ IД,
Полиамиды, rосхимиздат, 1960 r.; Домброу, Полиуретаны, [ос-
химиздат, 1961 r.; Крессер, Полипропилен, Издатинлит, 1963 .r.).
В TpeTbefI части книrи приведено MHoro опытных данных, ха-
рактеризующих важнеЙШllе, с точки зрения переработки, свойст
Ба термопластичных полимеров, наиболее широко используемых
Б США. Выпускаемые у нас полимерные материалы MorYT сущест"
венно отличаться от них по составу и свойствам, что необходимо
u
учитывать при использовании данных третьеи части книrи для
проведения различных расчетов. ·
Для облеrчения пользования приведенным в книrе большим
фактическим материалом все Числовые данные пересчитаны в
метрическую систему мер. При пользовании этими данными нельзя
забывать, что применяемые у нас стандартные методы и условия
u
испытании полимерных материалов часто не соответствуют тем,
!{оторые рекомендованы Американским обществом испытания
материалов. Поэтому всеrда следует обращать внимание, каким
методом и при каких условиях производилось определение Toro
или иноrо параметра.
Ввиду' очень быстроrо развития промышленности пластмасс
f1риводимая в моноrрафии информация о масштабах производства
и переработки полимерных материалов является в знаЧительной
u
мере устаревшеи.
При подrотовке PyccKoro издания книrи. встретились значи..
тельные трудности, вызванные rлавным образом отсутствием
установившейся терминолоrии. Кроме, Toro, авторы некоторых
rлав иноrда пользуются специфическим техническим жарrоном,
u о
распространение KOToporo в советском техническои литературе
I ..
"
..
....
"y8t..
13
..
от РЕДАКТОРА
нежелательно. Замеченные в американском ориrинале неточности
J.I опечатки были устранены.
В целом книrз, бесспорно, явится полезным пособием для ин..
женерно"технических , работни.ков заводов, выпускающих изделия
..
из пластических масс) а также для конструкторов новых высоко..
производительных машин, перера'батывающих пластичес'кие Mac u
сы и резин у.
В первой части книrи rлава 1 пеРf;ведена Р. В. Торнером со..
вместно с и. В. Конюх, rлаВ а 11 переведена Ф. Б. rубером, rла..
ва 111 переведена В. и. 'rapUMaHbM. Во' второй части rлавы IV
I
И V переведены Р. В. Торнером, rлавы Уl иVlI переведен
Ф. Б. rубером, rлава VIII переведена Е., В. За с совместно с
Б. М. Лакомским, rлавы 1 Х и Х переведены Е. В. Закс. Третью
часть книrи перевел Р. В.. Торнер.
Т. В. ВИНО2радов
.
ВВЕДЕНИЕ*
Термин «plastics епgiпееriпg» еще не является общепринятым
и не получил всеобщеrо признания. Однако обычно счит"ают, Что
к переработке пластмасс относятся следующие основные области:
1) Подrотовка пластических материалов к переработке MO
дификация их путем различных химических превращений или
посредством добавления веществ, изменяющих соответствующим
образом их свойства.
2) Переработка полимеров разработка и применение раз..
личных процессов расплавления, формирования 'и друrих методов,
u
изменяющих своиства пластических материалов с целью лучшеrо
их использования.
3) Изrотовление деталей из пластмасс с учетом свойств MaTe
u
риала и УСЛОВИII эксплуатации.
4) Общие технолоrические операции, такие, как контроль
l(ачества продукции, разработка методов испытаний, некоторые
экономические вопросы, связанные с производством и сбытом
rOToBbIx изделий, изучение областей возможноrо применения
u
[отовых изделии и друrие.
За последние двадцать лет наблюдается rромадный рост по
требления полимерных материалов. Синтетические полимеры по
своему значению приближаются к таким природным полимерам,
I,aK каучук, хлопо!{ и шелк, которые служили человечеству в Te
u
чение мноrих столетии и продолжают иrрать существенную роль
и сейчас. Кроме Toro, перспективы применения синтетических
материалов все время расширяются. В последние rоды синтети"
ческие каучуки, волокна, пластические массы и поверхностные
u
покрытия составили значительную долю продукции химическои
Jlромышленности США.
Производство БОЛЬШliнства синтетических материалов яв
и
,Тlяется сложным технолоrическим процессом, которыи ЭКОНО}v1и
чески целесообр азен только пр и осуществлении ero в большом
:r-ласштабе. Высокая техническая с пожность и значительные ка..
питаловложения, требующиеся для производства пластических
масс в промышленном масштабе, послужили стимулом для интен'"
........ ....
э. IZ. Бернхардт (Е. С. ВеrпlIаrdt, Dl . Iпg., Polychemicals Dераrtmепt,
fi. 1. (lu Ропt de Nemours апd Со.. Iпс.).
ВВЕДЕН iЕ
15
.....
J
""
."
...
..
сивноrо развития исследовательских и проектных работ в облаСТI-I
производства полимерных материалов.
Вместе с тем до недавнеrо времени основные операции пере '
работки полимеров были сравнитеЛЬНQ простыми в техническом
отношении и требовали для cBoero осуществления незначитель....
ных капиталовложений. Поэтому такие производства оказывались
рентабельными даже при небольших масштабах. Так, в конце
1930 r. капиталовложения на типовую 50 миллиметровую шп.риц..
машину производительностью 12 кс/ч составили (включая KO:rvI
плектующее оборудование) примерно '4000 долларов. Поэтому
в таких условиях в создании и усовершенствовании оборудова
ния можно было идти эмпирическим путем без большоrо риска.
В последнее десятилетие технолоrические процессы и перер а..,
батывающее оборудование были существенно усовершенствованы-
Размеры и производитеЛЬНОСТL перерабатывающих машин уве..
'-'
лич ились до таких пределов, что строительство предпр иятии для
переработки пластических материалов потребовало значительно
больших затрат. Производительность шприц машин, применя...
ющихся в современных установках для покрытия бумаrи, COCTaB
ляет 400 К2/ч полимера, а стоимость их вместе с комплеКТУЮЩИ1vl
оборудованием достиrает 250 000 долларов. Некоторые литьевые
машины и каландры требуют еще больших капиталовложений,
а основное количество применяющихся в настоящее время поли
меров перерабатывается именно на таких машинах.
Поскольку стоимость проведения экспериментальных работ
на подобных установках очень высока, необходим научный под
ход к проектированию и изrотовлению HOBoro оборудования. Вот
почему возрос интерес к применению научно обоснованных
методов расчета при конструировании перерабатывающеrо
оборудования для отраслей промышленности, связанных с синте..
Зом и переработкой полимерных материалов, и у машиностро,и",-
телей, занятых зrотовлением перерабатывающеrо оборудования.
«Polymer processing* технолоrия переработки полимеров
это область техники, охватывающая все виды оборудоваIIИЯ и про, ,
цессов, предназначенных для улучшения свойств полимеров и
переработки их в различные изделия. В процессе переработки'
в материале MorYT происходить химические реакции, пластиче.."
ская деформация, и, наконец, необратимое изменение физических
свойств. Сюда не относятся химические реакции, которые проте
кают при синтезе П9 лиме ров».
w
* Определение термина «polymer processing» см. В е t n h а r d t Е. С.,.
Л1 с К е 1 v е у J& М., Polymer Processing а Ne\v Епgiпееriпg Speciality,
Mod. Plast., 35, 154 (J llly, 1958).
1 {".
.0
,.
ВВЕДЕНИЕ
.LI
"1"""".....
.
Lf
,
Эта область подразделяется на две rлавные отр сли:
1) переработка термопластичных материалов и
2) переработка термореактивных материалов.
При переработке термопластичных материалов обычно не про
исходит значительных .tхимических изменений. Если известны
вязкостные и теплофизические свойства перерабатываемой смолы,
.а также протекающие при этом процессы, то можно проанализи..
ровать большинство процессов переработки термопластов и пред.
сказать рабочие характеристики оборудования.
Для Toro чтобы проанализировать процессы переработки Tep
l\10реактивных смол, необходимо, кроме этоrо) знать кинеТИI<У
u
реакции полимеризации и учитывать их влияние на вязкостные
и теплофизические свойства CMO ,]Ы, изменяющиеся по мере про-
'текания процесса. Поэтому эта область технически значительно
сложнее.
--; Ввиду этих особенностей в настоящей монотрафии рассмат.
риваются ТО.пько вопросы переработки термопластов. Хиrvlиче...
ские изменения, которые MorYT протекать при этих процессах,
не являются предметом данной работы.
Моноrрафия состоит из трех основных частей.
В первой части «Теоретические основы процессов перера
ботки теРl\fопластичных материалов» рассматриваlОТСЯ теории
течения, основы процессов теплопередачи и теория смешения.
На основании этих представлений разрабатываются методы кон..
струирования и расчета оборудования для переработки термо-
пластов.
Во второй части «процессыI переработки термопластичных
материалов» изложены принципы конструирования и расчета
основных видов оборудования для переработки полимеров. В этом
Q
же разделе приведен вывод уравнении, описывающих поведеl!ие
материала в рабочих opraHax машин.
В третьей части «Технолоrические свойства» описаны реоло..
rические и теплофизические свойства термопластов, знание кота..
рых нео.бходимо для конструирования перерабатывающих машин.
Эти Аанные приводятся в таком виде, который, по мнению aBTO
ров, делает их наиболее удобными для использова'ния в расчет-
J:lЫХ уравнениях предыдущих разделов.
Цель, которая стоит перед инженером по переработке термо..
. u
пластов, заключается в определении производитеЛЬНОСТ11 тои или
иной машины, если известны ее конструкция, рабочий реЖИI\1,
а также физические и. химические свойства перераба,тываемоrо
материала. Авторы настоящей моноrрафии надеются, что она по..
может читателю приблизиться к этой цели.
Часrпь первая
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ПРОUЕССОВ ПЕРЕРАЕ;ОТКИ
ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ
МА l"ЕРИАЛОВ
2 Переработка термопласrичных матерИС:!JiОВ
F лава 1
ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ тЕрмоплдстичныx МДТЕРИДЛО8*
Основные свойства материалов
Идеализированные тела
Введение понятия идеализированных тел является отправным
пунктом при рассмотрении течения полимерных материалов, так
u
как их деиствительное поведение лучше определяется и воспри
нимается как ряд отклонений от идеальноrо. Более Toro, мноrие
концепции, выведенные для идеализированных тел, оказы
ваются очень ценными при истолковании поведения реальных
полимеров.
Ввиду Toro что расплавы и растворы полимеров обладают
u
рядом своиств, присущих как твердым, так и жидким телам,
необходимо хотя бы кратко рассмотреть оба эти состояния.
Идеальное (упруrое) твердое тело. Идеальное твердое тело
подчиняется закону [ука:
do
Е dL
[о
(1)
или
от
Е L [О" Е
L Е т
О
(2)
Таким образом, относительное удлинение Ет (т. е. деформация)
прямо пропорционально приложенному растяrивающему напря
жению от. Коэффициент пропорциональности Е часто называют
модулем Юнrа, или модуле 1: упруrости твердоrо тела.
Закон [ука позволяет определить удлинение идеаJlьноrо твер..
доrо тела под влиянием растяrивающеrо напряжения от при ис
пользовании модуля упруrости Е, I(ОТОРЫЙ может рассматри
ваться как физико-механическая характеристика материала. AHa
лоrично можно определить поведение твердоrо тела, если к нему
*" А. Б. Метцнер (А. В. '\etzner, SCl D., Departmel1t of Chemical Епgiпееriпg,
University of Delaware)l
2*
20
r л. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИ ТЕРМОПЛАСТОВ
r
......
J
,
приложено касательное напряжение, ПрИl\1еняя в этом случае
модуль упруrости сдвиrа, обычно называемый «модулем сдвиrз»:
Р/А . G L.
Lo
Р/А Grs
rде '"с пр ложенное напряжение СДВИrа (рис. 1,1);
rs деформация материала. .
Модуль сдвиrа G однозначно связан с модулем растяжения E
п f? хотя численно они не сов..
l/лощаи6 I .....1
" падаЮ'l .
/ Если в данном диапазоне
I напряжений реальное твер"
t u
, дое тело проявляет своиства
, идеальноrо, .то после снятия
i
! напряжени.я тело Mr!l0BeHHO
возвраrцается к своеи перво
начальной форме.
Таким образом, характе..
ристики идеальноrо твердоrо
тела в напряженном состоя-
нии идентиЧНЫ характери
v
стикам идеально упруrои спи..
ральной пр ужины . Паскаль..
ку поведение твердоrо тела
при сдвиrе однозначно сВя ое
зано с ero поведением при
растяжении, реолоrи иноrда
рассматривают спиральную пружину как механическую модель
описывающую ynpyrYlo реакцию. при сдвиrе. Это не означает,
что молекулы твердоrо тела имеют спиральную конфиrураЦИIО,
но свойства их таковы, что материал в целом ведет себя п.одоб ое
tJ'
110 упруrои пружине.
Основные характеристики упруrоrо твердоrо тела MorYT быть
определены следующим образом: 1) прямая пропорциональность
между напряжением и деформацией и 2) MrHOBeHHoe изменение
формы тела при изменении напряжения.
Идеальная спиральная пружина может рассматриваться как
механическая модель упруrоrо твердоrо тела. .
Идеальная или ньютоновекая жидкость. Рис. 1,2 иллюс.три"
u v
рует поведение идеальнои жидкости под деиствием напряжения
сдвиrа F / А. Предположим, что пространство между двумя
параллельными плоскостями (плоrцадь каждой плоскос.ти равна А)
или
Сила r
iA
/1 '
/ ,
.-... . / 1,
/ 1 ,
/ \ J
/ I
/ "
/
/
/
/
/
/'
/
...(
/
,
,
-/
I
,
/
,
, .
----Ll
........... -
,
.
J
/
,
L о , / ",.
" ;
J f /'
, ,r !
. . . f
I 1 I
I . {! / .
t f' А
f
. .........,
и 4> rl!
t'
.
/
/
............... ..................... ......... ............
(3)
(4)
РlIС. 1 t 1. Деформация упруrоr.о твердоrо
u'
тела под деиствием напряжения сдвиrа.
ОСНОВНЫЕ СВОйСТВА МАТЕРИАЛОВ
21
....... .
-
заполнено ЖИДкостью. Тоrда, если приложить к верхней плоско
сти любую сколь уrодно малую силу Р, то эта плоскость передви..
нется в какое"то новое положение, но не MrHoBeHHo, как, напри..
j\Iep, верхняя rpaHb твердоrо куба, изображенноrо на рис. 1,1.
Вместо этоrо сила, приложенная к оrраничивающей жидкость
плоскости, будет сдвиrать эту плоскость относительно друrой
u u u
параЛJlельнои еи плоскости с постоянно и скоростью u до тех пор,
пока сила останется постоянной (на практике этот опыт видоиз"
меняют так, чтобы избежать вытекания жидкости и иметь две
неоrраниченные плоскости, расположенные друr против друrа).
Кроме Toro, жидкость никоrда не стремится вернуться к началь..
IIOMY состоянию после прекраIl ения деиствия напряжения сдвиrа.
/1лощаiJь Л
,......... ......... ......... --......... ........ ......... ........
CJfOpOCf(lb и
..
Сила ["
/
I
/
/
I
/
.
r
Lh........
Рис. 112. )I(идкость подверrается деформации сдвиrа между
двумя нарал.тrеЛЬНЫI\1И ПЛОСКОСТЯi\.IИ (в идеализироваННОl\--{
Биде)50.
Поскольку даже несмачивающая жидкость прилипает к orpa..
u
ничивающеи ее стенке так, что предотвращается относительное
движение мея{ду ними (за исключением некоторых особых слу
чаев, см. стр. 55), жидкость У нижней пластины имеет нуле
вую скорость, тоrда как скорость ее у верхней пластины равна u
}I совпадает по направлению с действием силы. Так как сдви
rающая сила передается равномерно через жидкость к нижней
u
плоскости, каждыи СЛОl1 жидкости в пределах пространства с
высотой. r будет перемещаться относительно следующеrо СЛОЯ так,
что изменение скорости в зависимости от расстояния (rрадиент
скорости) будет постоянным. Математически отношение между
напряжением сдвИrа и вызываемым И -I изменением rрадиента
-скорости (поскольку и/ r постоянно и равно du/dr) может быть
u
выражено одним из двух уравнении
Р/А == Il F u
i r
...
...
f1' F du/dr
(5)
(6)
rде f1F
du/dr
ВЯЗ кость жидкости;
rрадиент скорости или скорость сдвиrа жидкости.
22
rл. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ 1"ЕРJ\10ПЛАСТОВ
.
Так же как модуль упруrости, связывающий напряжение с
деформацией в упруrом твердом теле, вязкость идеальной ньюто"
новской жидкости может рассматриваться как физическая харак"
теристика материала.
Чтобы подчеркнуть связь уравнений (5) и (6) с. уравнениями
(3) и (4), их можно записать в друrом виде!. В случае идеальной
ньютоновской жидкости деформация (представляющая по суще
СТВУ перекашивание элементарных объемов, первоначально имев..
ших форму прямоуrольных параллелепипедов) происходит во
времени. За время dt это изменение равно расстоянию) на которое
передвиrается верхняя плоскость:
dL udt
(7)
Дифференциал деформации dr s'
dL/r в данном случае) будет равен:
dL
drs
r
выраженный как dL/L (или
U dt
r
..
(8)
или
d "( s
dt
u du
....
r dr
(9)
Отсюда видно, что rрадиент скорости dl-l/dr равен скорости
деформации dTs/dt. Поэтому для идеальной ньютоновской жид--
кости
р,р,
а для идеально упруrоrо твердоrо тела
d''( s
..............
dt
1:
(1 О)
't
{11 )
Ts
G
Величины t-LF и G являются константами при данноt! температуре,
поэтому интересно сравнить поведение жидкости и твердоrо
.тела под действием постоянноrо напряжения сдвиrа. В твердом
u
теле деформация постоянна, в то время !(ак в IIЬЮТОНОВСКОИ жид...
кости постоянна скорость деформации, а дефорrvfация сдвиrа lVIO
жет увеличиваться под действием напря,кения сдвиrа неоrрани
ченно.
Все rэзы и }J{ИДl(ОСТИ с относительно НИЗК}IМ 1\лолеКУtJТIЯРНЫМ
весом ведут себя как НЬЮТОНОВСI(ие ЖИДI{ости а9 , по I<раtiней мере
Q *
В пределах достижимом точности эксперимента 1 .
* Рейне р 91,92 качественно раССl\ilатривает ПрИr\1еры необычноrо поведения
rазов в специальных условиях. Наблюдаемая аНОl\1алия хорошо соrласуется с дo
u
пущением о существовании «поперечнои вязкости», которая ПрI1ВОДИТ к возни
кновению нормальных ]( направлению течения напряжениi"'r (в дополнение к
ОСНОВНЫЕ СВОйСТВ.А МАТЕРИАЛОВ
23
Простые вязкоупруrие жидкости. Наиболее простой матема..
тический подход к объяснению аномальноrо поведения неньюто
новских жидкостей состоит в предположении, что они обладают
u u
своиствами, характерными как для ньютоновскои жидкости
[уравнения (5) и (10)], так и для идеально упруrоrо твердоrо тела
[уравнения (3) и (11)]. Существует MHoro различных вариан
тов сочетания этих свойств, но интересны только некоторые из
них.
Для Toro чтобы лучше
u
жидкостеи, можно условно
отдельных механических
элементов, которые в со...
вокупности моделируют
u
деиствительное поведение
жидкости при течении (xo
тя между поведением Me
u
ханических моделеи и
.истинными физическими
u u
своиствами жидкостеи Ha
блюдается только OTдa
ленное сходство) . Чтобы
еще более УПРОСТI1:ТЬ пони..
мание физической пр и роды
поведения материала при
ero деформации, вначале
рекомендуется рассмотреть
не сдвиr, а простое растя-
жен ие.
Для моделирования следует иметь три механических элемента:
1) Модель ньютоновской жидкости вязкий элемент, пред"
ставляющий собой сосуд, заполненный ньютоновской жидкостью,
в которой перемещается поршень. Поршень перемещается, под
действием силы Р (рис. 1,3,a). Если предположить, что система
обладает идеальными свойствами, т. е. что влиянием турбулент"
ности, силами тяжести и Ifнерцией, а также концевыми эффектами
можно пренебречь, то сила Р Ilриведет к возникновению в жид
кости напряжения "с, которое заставит жидкость деформироваться
.
....
понять физическую
представить себе их
природу таких
состоящими из
р
Шнuф
(Jе.з трения
"
8f1ЗКUfl
ньютоно8ско fI
)fC IJ ОН ость
Порш ень
р
б
а
J;;;)/л-/t
{j
Механические элементы, 1\1 оде-
реолоrическое поведение реаль.
ных материалов:
а ньютоновскиЙ вязкиЙ элемент; 6 УПРУI'ая пружи
на; в тело CeH BeHaHal
Рис. 1,3.
лир ующие
обычным I(асательным напряжениям, действующим в направлении течения в
потоке ньютоновскои жидкости). В то время как в БОJ1ьшинстве случаев течения
ньютоновских жидкостей ЭТII IИ напряжениями можно пренебречь, при изуче
нии поведения жидкостей в специальных условиях их СIJТIедует учитывать. Нали--
чие этой аномалии ПОЗВО.Тlяет преДПОЛОЖИТЬ J что, ПО-ВИДИМОf\1У, все жидкости .об
ладают неньютоновскими свойствами, хотя мноrие вязкие среды (например,
ra bI) в обычных условиях эксперимента по своим свойствам очень близки к
идеальным ньютоновским ЖИДI(ОСТЯМ.
с постоянной скоростью сдвиrа. Если Р (а значит и 't) увеличить
.
в два раза, то скорость сдвиrа жидкости и скорость подъема порш...
ня также увеличатся вдвое. Если MrHOBeHHO снять силу Р, то пор..
Пlень немедленно остановится и не будет стремиться вернуться
в первоначальное положение. Таким образом, эта модель обла--
дает основными чертами чисто ньютоновскоrо поведения: линей..
v
нои зависимостью между напряжением сдвиrа и скоростью сдви
[а соrласно уравнениям (5) и (10) и отсутствием «памяти» или
какоrо либо предпочтительноrо состояния системы.
2) Идеаlп ьная упруrая пружина Moдe
лирует упруrое твердое тело (рис. 1,3,6).
В этом случае инерционными силами так..
же можно п.ренебречь. Под действием силы
р пру>кина MrHoBeHHo удлиняется, причеl\I
величина растяжения соrласно уравне..
ниям (3) и (11) прямо пропорциональна Р.
I\aK толы\.о напряжение снимается, ПРJ,r
жина MrHOBeHHO В,озвращается в свое пер..
воначальное положение, демонстрируя
\J
тем самым прекрасную «память» о своеи
предпочтительной конфиrурации.
3) Тело Сен..Венана (рис. 1,3, в), KO
торое может быть представлено элемен
том, лежаЩI1М на плоскости, моделирует
некоторые особые свойства жидкости. При
этом (рис. 1,3, в) полаrают, что элемент не
обладает инерцией, а статический и кине
тический коэффициенты трения равны.
Характерно, что тело не начнет ДВ}I
rаться До тех пор, пока величина напряжения не превысит
HeKoToporo «предельноrо» значения. Вместе с тем рассматриваемое
тело может двиrаться с любой скоростью, коrда приложенное
усилие достиrнет ИJIИ превысит величину, соотвеТСТВУЮЩУIО
предельному напряжению. Это наrлядно показано на рис. 1,4,
на котором сопоставлены rрафики зависимости касательных
напряжений от скоростей сдвиrа для тела CeH BeHaHa и ньюто
u
новскои жидкости.
Основываясь на этих трех механичеСК}IХ элементах, можно
рассмотреть п,оведение нескольких типов более сложных жидко"
u
стеи. '
Тело Максвелла. Модель тела Максвелла состоит из идеальной
IIрУЖИНЫ и вязкоrо элемента, соединенных последовательно
(рис 1,5, а). Как только к такой модели прикладывается напря..
u
жение 't, пружина MrHoBeHHo растяrивается; под деиствием Toro
же напряжения поршень начинает двиrаться в жидкости с по..
24
t
(ь,
::S
'-
rл. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИя. ТЕРМОПЛАСТОВ
L.....ь.......
I
.
-
2
с/(орость ctJ61./8a
dll/d r
Рис,. 1 ,4.. 3 ависиrvIОСТЬ
напряжения СДВИI а ОТ
СКОрОСТИ сдвиrа тела:
J Тело CeH BeHaHa: 2
ньютоновекая ЖИДКОСТЬ.
ОСНОВНЫЕ СВОйСТВА МАТЕРИАЛОВ
25
....
стоянноЙ скоростью И движется до тех пор, пока величина ПОД"
держивается постоянной.. Общая деформация, следовательно, бу
дет равна сумме деформации пружины и деформации, обуслов
ленной перемещением поршня. Отсюда общая скорость деформа..
ции равна:
d, обш.
Ir r"l
dt
d11 + d12
dt . dt J
( 12)
rде r 1 деформация пружины соrласно уравнению (11), а dj 2/ dt
определяется по уравнению (10). Поскольку модуль сдвиrа Пl)У
'(
............... ....... ........ --
-
..........
а
r
15
Рис.. 1,5. Реолоrические модели Te:rI Максвелла
и Фойrта (Кельвина):
а т ло Мснссrс;-:.па; 6 тело Фойrта (КеЛЪЕина).
жины G и ньютоновская вязкость F являются константами t
при подстановке их значений в уравнение (12) получаем выраже
ние:
d1 оБUI.
-ь...
dt
! . d't + 't
G dt р. F
(13 )
При постоянной деформации величина dr обlЦ. /dt
НОЙ нулю. Преобразуя уравнение (13), получим:
d't G
dt
становитс я paB
(14 )
,.,..
\,.
fL F
или после интеrрирования:
.... e Gtl"" F
"'О .
(15)
rде 'to напряжение, которое существовало в момент прекр а ще...
НJ1Я деформации.
26
rЛ..I. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕlfI-1Я ТЕРМОПЛАСТОВ
r
Таким образом, напряжение уменьшается до l/e ("'-J37 %)
CBoero первоначальноrо значения за время, при котором
О!
1
/1 б)
( r
u
'F
или
t
релакс.
!-L p
G
( 17)
!
Величина 'F/G имеет размерность времени и называется ({BjJeMe..
нем релаксации» материала. Эта величина, на которую мы H "
однократно ссылаемся в последующем изложении представ..
ляет один из важнейших результатов количественноrо рассмот"
рения поведения тела Максвелла.
Если вместо режима постоянной деформации рассмотреть ре.
жим постоянноrо, приложенноrо к телу Максвелла напряжения .
то величина d /dt в уравнении (13) обратится в нуль. Тоrда по
лучим выражеfIие
d,s
dt
1
u...
\F
которое идентично уравнению (10) для ньютоновской жидкости.
Это объясняется тем, что пружина в момент приложения напря-
жения немедленно удлиняется до своей конечной длины. После
u .
этоrо движение всеи системы зависит только от поведения вязкоrо
элемента. Если !{ телу Максвелла приложена знакопеременная
наrрузка, то при достаточно высокой частоте изменения напря...
жений поршень практически не будет перемещаться и тело в цe
u
лом проявит только упруrие своиства, т. е. превратится в идеально
ynpyroe тело.
Интересно поведение максвелловскоrо тела при полном сня--
u
тии напряжения: пружина MrHoBeHHo сокращается до своеи
первоначальной длины, а поршень останавливается. В результате
тело в целом остается деформиро анным на величину, равную
перемещению поршня вязкоrо элемента.
]"'ело Ч)Оl12та I-LЛLt l(еЛЬВl-lна. Это тело мо)!(но представить co
стоящим из пр ужины И вязкоrо ЭсТlемента соедине.нных не после
довательно, как в теле Максвелла, а паl)аллельно (рис. 1,5, б).
Под действием приложенноrо пос.rоянноrо напряжеНТIЯ тело
начинает быстро деформироваться, так как вначасп:е пружина
растянута незначительно, ее реакция относительНО мала и боль...
шая часть напряжения приходи'тся на вязкий элемент. С течением
времени скорость деформации уменьшается и ДОСТ}Irает нулевоrо
значения, коrда приложенное напряжеНI1е уравновесится напря
жением, действующим в пружине. Если тело Максвелла по своим
ОСНОВНЫЕ СВойСТВА МАТЕРИАЛОВ
27
""А' V
..
иr
свойствам приближается к жидкости, так как под действием по..
стоянноrо напряжения ero деформация неоrраниченно увеличи
ваетсЯ, то тело ФОЙI'та или Кельвина ведет себя подобно TBep} o...
му телу, так как ero деформаЦИJ1 остаются конеЧI-IЫМИ. Единствен..
ное отличие модеJIИ фойrта от модели идеально упруrоrо твердоrо
тела состоит в том, что для ОСУll ествления ero деформации тре..
буется конечное время. При снятии напряжения TeJlo Фойrта
полностью (хотя и замедленно) возвращается к своей первона..
чальной КОНфИI'урации.
Смешанные моде.1l11. Из большоrо числа моделей, предложен
ных для описания поведения различных реальных материалов
следует УПОМЯ}-IУТЬ еще две модеlJТIИ: это тело Бинrама, модель ко-
Toporo сос'тоит из последовательно соединенных вязкоrо ,элемента
и тела Сен..Венана *, и те.по Пойнтинrа и То лсона, модель KOToporo
представляет собой пружину, присоединенную параллельно телу
Максвелла. Подробно обе эти модеIJ1И раССМ01'рены Рейнером 9i ) и
Алфреемl Алфрей рассматривает поведение мноrих из этих си..
u
стем с учетом сил инерции, но ero математическии анализ не таком
исчерпывающий, как у Рейнера. Более полное математическое
описание тела Максвелла читатель найдет в ранних работах
Рейнера 9О , которые свободны от типоrрафских опечаток, нередко
встречаIОЩИХСЯ в ero пос педних работах. 92 . Нолл 73 развил теорию
TpeXMepHoro элемента аксвелла, но полученные им уравнения
не позволяют рассчитать кривые течения, соотвеТСТВУЮЩllе экс-
периментальным данным, хотя прави"ТIЬНО отражают общие за...
кономерности.
Течение реальных материалов
Классификация жидкостей на основе характеристики их раз...
вившеrося течения. Поскольку течение через трубы, насадки с по..
стоянным поперечным сечением и в вискозиметрах обычно пред
ставляет развившийся стационарный ПрОI есс, за исключением
областей, в которых нельзя пренебречь концевыми эффектами,
то в данном разделе рассматривается только стационарным режим
течения. При этом условия течения (температура, ,цав.пение .и
скорость течения) поддерживаются постоянными или близкими
к постоянным. У становившееся течение является удобным co
стоянием, ПОЗВОЛЯЮЩИlVl С.равнительно просто проанализировать
основные ero закономерности. Располаrая' данными, полученными
* По Рейнеру 92 , тело Бинrа1\Iа представляет собой последовательное соеди
HeH e ВЯ3I(Оrо эле1\Iента, тела CeH BeHaHa и пружины. Однако обычно жидкости,
своиства которых cooTBeTcTBYIOT те.ТСУ Бинrама, не обладают упруrостью. Сле
довательно, ВI(лючение в модель пружины еще БО,ТIьше сужает возможность
применения этой модели.
28
r Л. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ТЕРМОПЛАСТОВ
...
npll изучении установившеrося течеНIIЯ жидкости, можно учесть
поправки, связанные с эффектами, зависящими от времени.
На рис. 1,6 и 1,7 rрафически сопоставлено поведение различ..
ных видов жидкостей.. при их установившемся течении.. Эти rpa..
фики характеризуют i зависимости между н-апряжениеl\i сдвиrа
и скоростыо СДВIlrа, получеlIные в идеа.ТIЬНОМ вискозиметре, ко..
торый позволяет провести эксперимеl-IТ по cxervle*, изображенной
на I)ИС. 1,2.
/00
l'-,)
'-J
"'
"'"
cu
I
I
f
I
,С\)
4Q 10 J
'
4Q 4
cf
}
.
1
i
t
,
1IIII8It.. .... ;.
I
v
i
CIfO!J,aC/Тlb CC?OU6?t2'
, й и/a7.
/0
С/(орость сиВиеа,
/00
dLL/dr
Рис. 1,6. I(ривы е течения
в арифметических коор..
динатах:
J теЛ о Бинrама: 2 ньютоно13
екая ЖндкостЬ; 3 те.ло Сев-
ВеиаНа. 4 днлатантная систе-
ма; 5 псевдопластнчное Тело.
Рис. 1,7. Кривые течения в лоrарифмических
](оординатах:
J дилатантнз.я системз: 2 ньюто.новская ЖИДI<ОСТЬ
(TaHreHC yr ла наклон а == 1 ,00); J тел о Сен - Вена на
(таиrенс уr.п:а наI{лона О); 4 тело Бинrама; 5 псеБДО
пластичное ТеЛО.
На рис. 1 ,6 и' 1,7 зависимости, существующие между каса..
тельными напряжениями и скорос'rями сдвиrа, приводятся со..
ответственно в арифме1ических и лоrарифмических координатах.
Первый из этих rрафиков приведен 'fОЛЬКО потоrdУ, что мноrие
знакомы тОльКО с такой формой изображения этой заВИСИМОСТJf.
Однако для инженерных целей таI{ОЙ способ изображеНJIЯ не
u
имеет практическои ценности по следующим причина м: ,
1) Он может повести к ложным выводам, так как относитель..
ная точность rрафика при различных скоростях сдвиrа не одина..
* Методы получения действнтельных соотношений между касательными на-
J
пряжениями и скоростямн сдвиrа на менее идеальиых, но применяемых на "рак-
тике вискозиметрах будут рассмотрены в разделе о практических методах изу..
цеНИя свойств Жидкостей. стр. 78.
ОСНОВНЫЕ СВОйСТВА МАТЕрИАлов
29
v
кова: в области малых СJ{оростей сдвиrа даже большие ошибки
MorYT остаться незамеченными (так как расстояние экспеРИf\1ен--
'тальных точек от кривой всеrда мало), в то время как в об..'lасти
u
высоких скоростеи сдвиrа отчетливо видны даже очень малые
отклонения. Это особенно неудобно применительно к описанию
u
своиств таких неньютоновских материалов, как полимеры,
u
поскольку в этом случае следует рассмотреть чреЗВblчаино широ..
кий диапазон скоростей сдвиrа. .
2) Затруднено сравнение между ньютоновским и HeHblo'roHoB"
ским поведением жидкостей. Например, очень тр}удно о.тветить
на вопрос, насколько сильно данная жидкость отличается от
u
.ньютоновскои.
3) Кривая для класса псев.допластичных неньютоновских жид..
костей,. 'которые наиболее важны в ПрОМЫШленности, изображает
ся неудачно Если ту же кривую Д ТIя псевдопластичных тел .по..
строить в J10rарифмических координатах (см. рис. 1,7), то в этом
случае она обычно имеет вид прямой линии в сравнительно ши..
u
роком диапазоне скоростеи СДВИrа.
Степень о'тклонения от ньютоновскоrо поведения может быть
"
оценена КО.Т1ичественно по кривои зависимости напряжения сдви"
ra от CKOpOCTII сдвиrа в лоrарифмических координатах. (Cl\1.
рис. 1,7). Лоrарифмир}'я ураВlIение, описывающее ньютоновское
поведение жидкости [ур авнение (6)], пол учим: . ,.
.
du
19 l1F dr
(18)
19
т ак как JIоrарифм произведения равен сумме лоrарифмов, то
можно написать:
19
1 9 du + 1
dr g f1 F
( 19)
Уравнение прямой ..1JИНИИ вида
у nх+Ь
(20)
идентично уравнению (19), в котором:
у 19
du
Х 19
.....
dr
n
1
h Ig .tF
30
rл. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНJ.;IЯ ТЕРМ ОП ЛАСТОВ
..111 .....,..
1
L
Таким образом, зависимость между напряжением сдвиrа и
скоростью сдвиrа* ньютоновской жидкости в лоrарифмических
координатах представляет собой прямую ЛИНИIО, TaHreHc уrла
наклона которой равен единице (TaHreHc уrла наклона /z). Сте..
пень отк.понения от ньютоновскоrо поведения можно оценить ве..
u
JIИЧИНОИ, на которую отличается от единицы TaHreHc уrла накло
на кривой течения данной неньютоновской жидкости в ТJоrариф--
мических КООРДИIlатах. Для неньютоновских псевдопластичных
и бинrамовых тел значение TaHreHca уrла наклона у кривых Te
чения должно находиться в пределах от нуля (для жидкости, об..
ладающей свойствами сен--венаиовскоrо тела) до единицы; тан..
reHc уrла наклона кривых 1ечения дилатантных тел может из..
меняться от единицы до бесконечности. Поскольку по TaHreHcy
уrла наклона кривых течения в лоrарифмических координатах
можно количественно оценить характер жидкос.ти и степень не..
ньютоновскоrо поведения, TaHreHc уrла наклона получил назва
иие «индекса течения» жидкости 59 ,63 и может рассматриваться как
ее физичеСI<ая характеристика. Час,то индекс течения сохраняется
u
постоянным в довольно широком диапазоне скоростеи сдвиrа;
поэтому при испол!)зовании экспериментальных данных для рас--
чета новых конструкций необходимо, чтобы индекс течения жид..
кости был определен в том же диапазоне скоростей сдвиrа, при.
которых эта жидкость будет перерабатываться. Подобный ПОД"
oд ПР.fIЛОЖИМ И К друrим физическим свойствам: ПОСКОЛ,ьку все
они изменяются ПОД влиянием ряда факторов, при их определе..
нии следует учитывать эти изменения. Например, уде..ТIьная теп
u
лоемкость и теплопроводность изменяются с температурои, по
этому всеrда должен быть указан температурный интервал
которому соответствует данное значение константы.
Член Ь в уравнении прямой линии [уравнение (20)] представ--
Jlяет собой отрезок, отсекаемый на оси у при х о. Поскольку
19d1l/dr равен нулю при dLl/dr . 1, вязкость Ж}IДКОСТИ ftF 1vIОЖНО
определить по отрезку, отсекаемому на оси у при du/dr 1.
Отсюда следует, что чем больше значение вязкости НhЮТОНОВ..
ской жидкости, тем выше расположена ее кривая течения на
rрафике.
Подобное рассуждение можно применить и к неныотоновским
жидкостям: кривые «наиболее вязких» жидкостей располаrаIОТСЯ
в верхней части лоrарифмическоrо rрафика «напряже1Iие сдвиrа .
скорость сдвиrа». Кривые течения неньютоновских жидкостей
в лоrарифмических координатах MorYT быть не прямыми линиями,
* Зависимость между напряжениеI\'j сдвиrа и скоростью сдвиrа ЖИДкости
обычно называется ее кривой течения (см. наПРИNIер59).
OCHOBHbIf: СВОйСТВА М...АТЕРИАЛОВ
31
.r ........
.......L.I!!L ...LI... .... ... ...
поэтому возможно что данная жидкость окажется более вязкой
u u
В одном диапазоне скоростеи сдвИrа и менее вязкои в друrом.
Эти особенносrи можно учесть, воспользовавшись понятием
«эффективной» вязкости нен,ЬЮТОНОВСКИХ жидкостей.
Вязкость материала определяется* СJlедующим уравнением:
tLF
1:'
du/ dr
(6)
Для нью'rоновских жидкостей это действительно константа,
характеризующая их свойства (при данной темпера'rуре). Для
и.
неньютоновских жидкостеи 01'ношение касательноrо напря)кения
u
К скорости сдвиrа уже непо'стоянно при дан нои температуре; оно
меняе'fСЯ с изменеН'flем касательноrо напряжения (или скорости
сдвиrа). Т ем не менее по.. '
нятием эффеКТИВIIОЙ вяз..
кости можно пользоваться
во мноrих случа.ях. На
рис. 1,8 приведены кривые
зависимости эффективной
вязкости ОТ скорости сдви"
ra t построенные на основе
кривых рис. 1,7. При вы..
числении эффективной вяз... .
кости напряжения сдвиrа
разделили на соответству"
ющие им значения скоро-
сти сдвиrа.
Как видно из rрафика,
скорость изменеtIИ я эффек"
" '
тивнои вязкости В зависи..
мости от скорости сдвиrа
у разных видов Te п раз..
Лична. Вследствие этоrо
ОДИН материал может быть
более вязким в одном диа..
пазоне скоростей сдвиrа и
менее Вязким в друrОI\I.
Это ВОзможно даже, если сравниваемые между собои жидкости
ОТНОсятся к одному типу, например к псевдопластичным телам.
/00
.
!
.
/0
.
.
.
2
3
L
.. . ,
..
4
.
!
/0 ./00
CKOjJOcтb crJ8{/8a du.jtir j
Рис. 1,8. Эффективная вязкость как функ
l{ия скорости сдвиrа для систем, ](ривьrе
течения которых 11зображены на рис. 7:
1 дилатантная система; 2 иьютоновская жидкость
(TaHreHc yr ла наклона==:О); 3 псевдопластичное тело;
4 тело Бинrама; 5 тело CeH BeHaHa (танrеис уrла
наклона=== 1).
. * То. обстоятельство, что вязкость материала может определяться именно
по уравнению (6), часто не признается (см., например123). Это одна из rлавных
причин запутанности. существующей в этой сравнительно простой области.
32
rл. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ТЕРМОПЛАСТОВ
.............. .........
""'L ..
-
.......А '1'Ч"
Таиrенсы уrлов наклона кривых на рис. 1,7 и 1,8 связаны
между собой следуюшим образом:
d (lg flэф.)
d (lg dU/dr)
d (lg 1: 19 du/dr)
. A
d (lg du/dr)
TaHreHC уrла наклона на рис. 1,8
d (lg /du/dr)
d (lg du/dr)
Но dlg"i./{i1g : п индекс течения, который равен TaHreHCY
yTr ла наклона кривых на рис. 1,7.
TaHreHc уrла наклона кривой на рис. 1,8 равен та-иrенсу уrла
H3KIJ10Ha кривой на рис. 1 t 7 минус 1.
Приведенные до сих пор раССУ}i(дения носят общий характер
и относятся ко всем видам жидкостей. Прежде чем перейти к
с ТУед)rющеl\4j' вопросу, полезно оценить относительное значение
различных видов систем. Выше отмечалось Б9 ,62, что истинно
бинrамово пластическое повед.ение свойственно только оченl:.
малому числу те.Н. Возможно, что HII одно ИЗ них не является
cTporo бинrамовым телом 1 . Отто 74 показал, что если рассматривать
u u
широкии диапазон скороrтеи сдвиrа, то аже кривая течения
истинно бинrамова тела может быть близко аппроксимирована
или ньютоновской жидкостью (при высокой скорости сдвиrа),
J1ЛИ сен..венановым телом (при низких скоростях сдвиrа). И только .,
в относительно узкой промежуточной области их значений бин .
raMoBo тело обладает 1ИШЬ ему присущими свойствами. ПОЭТО1-ЛУ1
БI1нrаl\iОВЫ тела упоминаются в настоящей моноrрафliИ тольк.о.
для полноты обзора, а также блаrодаря их историческому зна..
чеНИIО*. Хотя матема'fическая простота оценки поведения бин".
[амовых пластичных тел J]РОДО.J1жает ПРИВJ1екать внимание мно..
rих )'ченых, исследования в этой об.пасти имеют очень оrраничен--
I-IОе практическое применеI-Iие44t87. Так называемые «060БIl енные
неньютоновские )кидкости»90 таК}I{е не рассматриваю'rся в данной
Книrе, так каI( прису[цие им особенности в реальных случаях
встречаются очень редко.
Дилатантное поведение довольно подробно рассмотрено в
специальной моноrрафии 59 . Более поздние исследоваНlfя 64 ,125 со...
r.пасуются с теоретическими выводами, ИЗЛО)l{енными в этой ра-
бо'rе. уIзвестно, что дилатантное течение характерно в основном.-
для суспензий с большим содержанием твердых частиц. Такие
.
* Рейнер указывает на несколько случаев ОО , 92, Коrда современная реолоrия
начала развиваться с анализа систем, приближающихся по своему поведеник:
к таким системам, которые сейчас называются «пластичными телами Бинrама .
.
OCI-10ВНblЕ СВОй(:ТВА lVIАТЕРИАЛОВ
33
J
IТIIId:>.
т
.....
суспензии редко встречаются при переработке термопластов*.
Посколы{у анализ процесса течения и метода вискозиметрии
псевдоплаСТИЧI-IЫХ тел можно применить и к дилатантным мате..
tJ
риалам, в дальнеишем явление Дилатантности специально не
рассматривается.
Таким образом, для анализа процессов переработки наиболь-
шее зн ачение имеет из учение псевдопл астичных и ньютоновс ких
u
жидкостеи в условиях развившеrося стационарноrо течения..
Кривые течения таких жидкостей представлены на рис. 1,6 1,8.
Эффекты, зависящие от времени. Установлено, что воспроиз-
водимые кривые течения для некоторых жидкостей (особенно
паст и растворов полимеро можно получить только после их
энерrичноrо перемешиваН IЯ или, друrими словами, после Toro,
как они были подверrнуты значительной деформации сдвиrа.
Без TaKoro предварите ТIьноrо перемешивания напряжение сдвиrа
u
при постояннои скорос'[и сдвиrа с течением времени увеличивает-
ся или уме.ньшается, асимптотически приближаясь к равновес-
ному значению. Жидкости, у которых напряжение сдвиrа (а сле..
довательно, и эффективная вязкость) увесп:ичи:вается со временем,
называются реопектическими. Жидкости, в которых напряжение
CJ
сдвиrа при постояннои скорости сдвиrа уменьшается, называются
ти ксотропными 59 .
Тиксотропия имеет rораздо большее значение, чем реопексия
/"которая. встречается очень редко). Подробно явление тиксотро-
пии описано в книrе rрина 32 . Более поздние исследовани.я б9 по
1 азывают, что orpOMHoe' количество экспер I-Iментальных ошиБОI(
в большинстве исследований по тиксотропии делает недействи"
тельными почти любые количественные выводы из этих работ..
fl0ЭТОМУ в дельнейшем эффекты, зависящие от времени, не рас..
сматриваются по следующим причинам:
1) Критический анализ .методов, применяем.ЫХ для изучения '
тйксотропии, показывает, что мноrие «примеры» тиксотропноrо'
поведения в действительности обусловливаются скорее экспери
ментальными ошибками, чеJ\1 наличием какой..либо временной' i
З(1Висимости.
2) Во мноrих процессах, встречающихся на практике, мате..'
риал предварительно подверrается интенсивной деформации сдви \
ra в IIacoce, питатеJIе ИJIИ друrом вСпомоrательном оборудовании. ':
Поэтому можно считать, что материал IIаходится в таком со-- \
стоянии коrда ero свойства не зависят от времени.
3) При установившемся течении материала в перерабатыва
10}дем оборудовании временные эффекты большей час'тью (но не
.....................
\.. *
Исключением является шприцевание слеrка смазанных rранул, напри...
er прн переработке поливинилхлоридиых пластизолей.
3 11ереработка термоплаСТИЧllЫХ материалов
34
r Jl, 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕLJЕНI1Я ТЕРМОПЛАСТОВ
.
. .......
...." .............. - ".........,.............. . .., . .............__. ............. ............... - _. .... .
.. . ........ _.. ..... ......................_. ......
обязательно всеrда) связаны с концевыми эффекта lИ, !\:оторые
возникают при течении полимеров, по"виднмому, вследствие
u
энерrии, затрачиваемо и дополнительно на преодоление эластич
ности материала. Поэтому дополнительно наклаДывающийся на
них эффект тиксотропии почти не влияет на конечный результат.
Как уже указывалось, в дополнение к тиксотропии И реопек
. u
сии, в результате высокои эластичности полимероп возникают
особые эффекты на входе в капилляр или на выходе из Hero. Эти
эффекты. обсуждаются ниже (стр. 64).
Поведение ПОЛИмеров в расплавах и растворах (установивше..
еся течение). Факторы, определяющие форму кривой течения.
Неньютоновское поведение расплавов и растворов полимеров
при их течении зависит от следующих двух особенностей строе!lИЯ
этих м.атериалов '.
'1) Несимметричность формы (большая длина по сравнению
с попереЧНЫМИ размерами) молекул при наличии rрадиента ско....
рости в потоке вызывает их ориентацию 47 ,59. Поэтому коне.ц мо'"
леку.ТlЫ, расп'оло}{(енный ближе к оси 'rрубы, движется несколько
быстрее по сравнеНlfЮ с. друrим ее концом. находящимся ближе
к стенке. В результате происходит ориентация молеку.п: в на..
праВ'ленин течения.' Эта ориентация тем больше) чем выше ско,,'
рость, а следовательно, и rрадиент скорости (или скорость сдви
ra) в потоке. Высокая' степень ориентации достиrается в том слу
чае, если ее. 'скорость стаНОВИТСSI достаточной для подавления,
дезориенtирующеrо влияния тепловоrо (броуновскоrо) движения.,
Поэтому при очень низких скоростях СДВlfrа, коrда превали..
. " .
рует деиствие дезориентирующих сил, ориентации молекул в
потоке не' наблюдается и материал ведет себя Ka ньютоновекая
жидкость. Наоборот, при чрезвычайно высоких rрадиентах ско"
рости влиянием броуновскоrо дви}кения можно пренебречь, так
как скорость ориентЗ:ции, возникающая блаrода'ря сдnиrу, очень
высока. Поэтому дальнейшее увеличение скорости сдвиrа заметно
не влияет на ориентацию, и поведение материала опять прибли..
жается к ньютон'овскому (особеНI10 ero вяз костные свойства).
Хотя приведенные рассуждения и объясняют причину ориентаlLИИ
асимметричных частиц в потоке, они не отвечают на вопрос,
отличается' .ли вязкость материала с ориеНТИ!Jованными частица..
ми при высоких скорос'тях сдвиrа от ero вязкости при очень низ..
ких скоростях сдвиrа Н-е ясно' также, является ли ориентация
- u u u
молекул еДИ1-1ствениои 1-1 достаточнои причинои неньютоновскоrо
поведения прt1 средних скоростях сдвиrа, как это следует из
ра'ссмотрения . кривых течения псевдопластичныIx материалов, (см.
рис.. 1,7 и 1,8). Ч тоБыI ответить на этот вопрос, надо остановиться
на природе вязкости жидкости, т. е. рассмотреть механизм пере
дачи момента КОЛIlчества движения .от молекул в быстро движу
OCHOBrIbIE СВОйСТВА l\\АТЕРИАЛОВ
35
r
L ...............- .
................_ ..... 'F ..................... .
щихся слоях к молекулам в медленно движущихся слоях. В ra.
зах в результате беспорядочноrо (броуновскоrо) движения малые
молекулы переходят из быстро движущеrося слоя в слой с MeHЬ
шей скоростью, rде они теряют изБЬJТОК своей (направленной)
скорости в результате столкновений с более медленно движущи..
мися МОJ1екулами.
В жидкости свободный объем* с.лишком мал, чтобы даже срав"
нительно небольшие молекулы моrли проникнуть из более быстро
перемещающеrося слоя в более медленно движущийся слой* *.
в результате обмен количеством движения между этими слоями
происходит не вследствие соударения молекул, а скорее потому,
что быстро движущаяся молекула увлекает молекулу, облада..
ющую меньшей скоростью 45 . Молекулы MorYT отделяться друr
от друrа до окончания процесса обмена количеством движения
В полимерных молекулах, полностью ориентированиых и
выпрямленных при высоких скоростях сдвиrа, передача Iv!oMeHTa
количества движения от быстро движущеrсся к медлеНIIО движу"
щемуся слою должна происходить так же. как и в жид.костях,
. поскольку размеры «дырки) слишком малы для размеп ения длин..
ной молекулы. Поэтому вязкость при I ЫСОКИХ скоростях сдвиrа
будет очень низкой, приближаясь к величине, которой обl1адала
бы жидкость, состоящая из мономерных, а не полимерных моле-
кул. В то }I{е время при низких скоростях сдвиrа, коrда заметной
ориентации молекул не наблюдается, один конец полимерной мо"
. лекулы может находиться в области более высокой, а друrой в об..
ласти более низкой скорост'и. Тоrда момент количества движения
из области высокой скорости может передаваться даже более
эффективным путем по сравнению с передачей момента количества.
движения в rазах: избыточная энерrия, которой обладает конец
молекулы, находящийся в области высоких скоростей, пере.даетск
tJ
друrому концу тои же молекулы, rде она рассеивается в резуль
tJ u
тате прямых столкновении с молекулами, движущимися с малои
скоростью. Поэтому при н})зких скоростях сдвиrа вязкость по..
лимера чрезвычайно высока.
Чем выше rибкость полимерной молекулы, тем в меньшей
степени будет выражен упомяну1ый выше эффект З6 , поскольку
даже при низких скоростях СДВIlrа отдельные части молекулы
будут леrко ориентироваться. Повышение температуры препят-
ствует ориентации молекул, так как при этом возраС1 ает IIHTeH..
СИвность броуновскоrо движения молекул. Следовательно, с
ПОВышениеl\1 температуры разность между значениями ньютонов
ъ..
*: Объем нли пространство, не занятое молекулами.
СтаТИСтически возМожно проникновение некоторых молекул в соседние
слои. Однако вероятность таких случаев очень невелика.
З*
36
rл. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ТЕРМОПЛАСТОВ
....................
ской вязкости при низких и высоких скоростях сдвиrа буде-т
уменьшаться, а область неньютоновскоrо течения будет сдви..
rаться в сторону более высоких скоростей сдвиrа. Оба эти эф
фекта способствуют уменьшению изменения вязкости со скоростью
сдвиrа; индекс течения повышается; следовательно, степень
неньютоновскоro поведения (псевдопластичности) с увеличением
температуры* уменьшается.
Бонди 9 использовал уравнение течения ЭЙрИНI'а для количе...
cTBeHHoro описания эффекта ориентации. Однако полученные
уравнения и результаты их применения были подверrнуты критике.
2) Размер КИllетически самостоятельных структурных Эле..
ментов в жидкостях, особенно коrда это rруппы молекул, а не
единичные молекулы, должен уменьшаться с увеличением Kaca
тельноrо напряжения ИJIИ скорости сдвиrа. Процесс объединения
разрушенных структурных элементов связан в этом случае с
межмолекулярными силами Характер воздействия скорости сдви"
ra и температуры на размеры указанных элементов аналоrичен
их влиянию на ориентаЦ IЮ молекулы, так как при переходе из
области низких скоростей сдвиrа к высоким скоростям сдви"rа
также наблюдается изменение реолоrических свойств от ньюто-
HOBcKoro к псевдопластичному и затем вновь к ньютоновскому
поведению. В литературе по реолоrии принято считать, что в те'х
случаях, коrда может происходить распрямление и ориентация
молекул, эти процессы определяют поведение жидкости при те-
чении. Влияние размера структурных элементов принимается
доминирующим в тех случаях, коrда молекулы полимера имеют
почти одинаковые размеры во всех направлениях, а также при
деформации паст, явля}{)щихся суспензиями твердых частиц
в жидкостях.
Поскольку допущение о существовании у твердых полимеров
вязкоупруrих свойств (т. e допущение, что материал ведет себя
как тело Максвелла или Фойrта Кельвина или как разные соче..
тания этих тел) явилось полезным при изучении небольших из..
менений формы, были предприняты попытки приложить те же
механические модели для интерпретации особенностей установив..
шеrося течения полимеров. Эти обобщения можно найти у Пао '6
и Эйриха 24 .
В этом случае единственное допущение, касающееся особен...
u u
ностен молекулярном структуры жидкости, проявляющихся при
* Поскольку практически все технолоrические процессы, сопровождаю.
щиеся изменением температуры, проводятся при ПОСТОЯННОl\1 давлении, возни-
кает дополнительный эффект, связанный с уменьшением п,лотности ЖИДI(ОСТИ
при повышении температуры. При этом увеличивается расстояние между моле-
к)тлами" в жидкости, Т. e уменьшается величина сил межмолекулярноrо взаимо-
действия, а следовательно, и вязкость при любых скоростях сдвиrа.
ОСНОВНЫЕ СВОйСТВА МАТЕРИАЛОВ
37
u
сдвиrе, состоит в предположении, что молеку лы текущеи жидко..
СТИ MorYT скользить одна ,относительно друrой. Этим собственно
и определяется понятие вязкости при течении. Кроме Toro, пола-
rаюТ, что действующие в жидкости касательные напряжения вы..
зывают упруrую деформацию молекул. Уже при рассмотрении
особенностей течения максвелловой жидкости было показано,
что невозможно описать наблюдающееся пр и установившемся
течении реальных жидкостей изменение эффективной вязкости
со скоростью сдвиrа, используя только одно время релаксации
u
(T е. при помощи модели жидкости, состоящеи только из одноrо
элемента Максвелла). Однако мноrие авторы утверждают, что
такое описание возможно * .
Ввиду сложности методов математической обработки, кото..
u '
рымИ пр иходится пользоваться пр и расчете ,полнои статистиче-
u u
скои модели, состоящеи из неоrраниченноrо ч'исла параллельных
элементов, при изучении течения этот метод приближения имеет
оrраниченное Пр,именение. С помощью этоrо наиболее сложноrо
в настоящее время метода Пао получил результаты, позволяющие
сравнить рассчитанные кривые течения с' экспериментальными,
а также подсчитать скорость течения материала через трубу
круrлоrо сечения при любом касательном, напряжении. Разброс
экспериментальных данных затрудняет сравнение расчетных и
опытных кривых течения, тем не менее между этими кривыми
можно наблюдать заметное различие: несмотря на сведение До
минимума ошибок, расчетная величина объемноrо расхода превышает
замеренную более чем' на 25 %. Этот наилучший на сеrоДНЯШ"
ний день результат был получен для жидкости, которая обла..
дает очень небольшой аномалией вязкости (индекс течения около
0,6). Очевидно, прежде чем можно будет воспользоваться этим
методом для инженерных расчетов, потребуется ero дальнейшее
уточнение. * *
Кроме статистическоrо подхода к описанию реолоrических
свойств полимеров, примененноrо Пао, некоторые реолоrи ма..
тематики пытались получить уравнения течения, не учитывая
основные молекулярные свойства материала 97 . Такой подход
почти не объясняет особенностей поведения полимеров и, по
скольку полученные этим путем резу льтаты имеют оrраниченное
значение, он не может быть рекомендован.
Этот раздел был посвящен вопросу о влиянии размеров, ориен
тации частиц и эластичности жидкости на форму ее кривой
*, Противоположной точки зрения придерживается также Олдройд24.
** Э С u
. та точка зрения в настоящее время уже устарела. овременныи под..
ход ПОЗВОЛяет рассчитать все параметры стационарноrо течения на основании ре.
Jl3.ксациониоrо спектра. ПрuМ,. ред.
38
r.J1. Т. ОСОБЕННОСТl1 ТЕ'LJЕН[-,IЯ ТЕРМОПЛАС1 1 ОВ
........
.....
.... 1
"""""""""Ч'I. ........
...
течения Хотя знание этих факторов имеет большое прикладн.о.е
u
значение для пред сказания предполаrаемых изменении вязко
сти в ходе процесса переработки, до сих пор не удалось уста...
новить количественных соотношений, правильно отражающих
u
СТРУКТУРНОооамолекулярные своиства жидкости при течении.
При.меры кривых течения. В работах Филиппова и ero COTPYД
ников приведены наиболее исчерпывающие ВИС.козиметрические
данные, полученные в широком диапазоне скоростей сдвиrа 14 , 78, 81.
На РИСа 1,9 приведены кривые зависимости напряжений сдвиrа
/06
'2
t
105
с\)
/09
rt5
'-J 103
/o2
/0
/
4
/o 1
Ill"" /0 "8/0 2 /0 1 I /0 /02/03 /0" /0,5 /08
CROjJocтh са8ива dи/rlr,
сек. ../
Рис. 1,9. Сравнение I<РИВЫХ течения расплава поли
мера и растворов полимерОВ14, 81:
l расплав полиэтилена при 125 ос (индекс расплава 2.1); 2 9%-
НЬ1Й раствор полиизобутилеиа при 25 ()C 3.........3(J/t1 иblй раствор поли
изобутилена при 25 OC 4 «ИЬЮТОИОВСI{ИЙ растворитель»...прн 25 ос
(декалин) .
от скоростей сдвиrа по работам Бродняна, rаскинса и Филиппова 14
и Филиппова и rаскинса 81 . Из сравнения кривых 2 и 3 с кривой
течения растворителя 4 можно видеТЬ t что с увеличением KOH
дентрации полимера вязкость раствора повышается и образуется
ветвь неньютоновскоrо (псевдопластичноrо) течения (индекс Te
чения меньше единицы). Растворы ведут себя как ньютоновские
жидкости в области очень низких и очень высоких CKopocTeti
сдвиrа. ..А'.,
С увеличением концентрации полимера поведение раствора
при средних скоростях сдвиrа все сильнее отличается от ньюто
HOBcKoro, а диапазоtl скоростей сдвиrа, соответствующих обла..
сти неньютоновскоrо течения, расширяется. Скорость сдвиrа,
при которой течение раствора снова приближается к ньютонов...
скому уже в области высоких касательных напряжений, почти
ОСНОВНЫЕ CBOfICTBA МАТЕРИАЛОВ
39
L
......
"""""""\17..........
....
"
не и'зменяетс'я. Эти результаты хорошо соrласуются с теоретиче..
скими предпосылками предыдущеrо раздела..
Поскольку в растворе происходит ассоциация полимерных
молекул с молекулами растворителя, с увеличением KOHцeHTpa
ции цолимера содержание «свободноrо» ИЛИ неассоциированноrо
растворителя в растворе уменьшается. В результате эффектив-
ная вязкость при любой зада,нной скорости сдвиrа повышается
с концентрацией, поскольку масса и силовые поля* BOKpyr кине-
тически самостоятельных в потоке полимерных образований
больше, чем у чистоrо растворителя. Распрямление и ориентация
части..Ц и' уменьшение их размеров (блаrодаря наличию напряже..
нии сдвиrа) зависят в пеРВУI<? очередь от величины напряжения.
Поэтому в растворах данноrо типа неньютоновское. поведение
начинает проявляться приблизительно при одном и том же на..
пряжении сдвиrа) независимо от конuентрации полимера в рас..
творе.: Показанная на рис. 1,9 зависимость неньютоновскоrо
поведения раствора от концентрации обусловлена, по видимому,
изменениями размера кинетически самостоятельноrо полимерноrо
образования в пото е.С ростом концентрации. В концентрирован--
ном растворе полимера не только отсутствует свободный paCTBO
ритель, но и,. кр.оме Toro, каждая полимерная молекула не пол
ностью сольватирована. В результате все молекулы растворителя,
U U C.I
ассоциированные сданнои полимернои молекулои, УДерживают
ся более прочно (отсутствуют слабо связанные молекулы), и под
. u
влиянием малых касательных напряжении размер кинетически
самостоятельноrо полимерноrо образования не изменяется. В про
т ивоположность этому при высоких скоростях сдвиrа ньютонов
c oe поведение наступает тоrда, коrда скорость ориентации под
влиянием большоrо rрадиента скорости становится достаточной
для Toro, чтобы поддерживать относительно полную ориентацию
C"I
полимерны1x частиц, несмотря на дезориентирующее воздеиствие
бро;у.новскоrо движения. Достижение ньютоновскоrо поведения
раствора должно зависеть только от значения rрадиента CKOpO
сти (скорости двиrа), как это и подтверждается данными, при-
веденными на рис. 1 ,9. .
Можно ожидать, что кривые течения расплавов больше, чем
кривые течения растворов, будут соrласовываться с раЗВИТЫl\1И'
выше представлениями. Приведенные на рис. 1,9 кривые под..
тверждают это предположение. Однако экспериментальные труд..
НОСТИ препятствуют получению данных по реолоrическим свой..
Ствам расплавов полимеров в таком же широком диапазоне изме...
нения скорости сдвиrа, как для растворов. Высокие каса rельные
*. Факторы, влияющие на передачу МомеИiОВ количества движения, а эна..
чит, и иа Вязкость раствора.
40
r л. 1. ОСОБЕННОСТl-'I ТЕЧЕl1:ИЯ: ТЕРМОПЛАСТОВ
h.
..
напряжения MorYT вызвать механическую деструкцию полимера
и разрывы струи, что затрудняет ИСС ТIедование полимеров в этих
условиях.
Очень важной особенностью данных, представленных на.
рис. 1,9, является большая широта охваченноrо ими Диап.азона.
скоростей сдвиrа. Большинство _ авторов до сих пор получали
данные при изменении скорости СДВиrа в пределах 1 2 десятич"
ных порядков. Приведенные на рис. 1,9 КрИ'вые, полученные при'
изменении скорости сдвиrа в диапазоне 6 9 десятичных порядков,
представляют ис!{лючительный интерес.
S"образные кривые течения (см,рис. 1,9), которые указывают
на существование областей ньютоновскоrо течения только при
очень низких и очень высоких скоростях СДвиrа, можно считать
ТИпичными для растворов и расплавов полимеров. Однако поли
мерные пасты при высоких скоростях сдвиrа часто проявляют
дилатантность. В этом случае получаемые кривые аналоrичны.
кривым, изображенным на рис. 1,9, за .исключением области BЫ '
соких скоростей сдвиrа, rде TaHreHc уr.па наклона кривой (индекс
течения) может возрастать неоrраниченно. При высокой KOH
центрации пасты 74 точка, в которой TaHreHc уrла наклона CTa
новится больше единицы, может соответствовать сравнительно
низким скоростям сдвиrа порядка 1 О 1 00 ceK l, а иноrда и еще
более низким значениям.
Количественное оnuсание кривой теченuя с ПОМОЩЬЮ тeopeти
чесfCUХ u эмnирuческuх уравнений. Качественное описание кривой
течения важно для предварительной оценки и предсказания об
t.t u
щеrо характера изменении своиств расплава, вызванных измене
ниями условий переработки. Были сделаны попытки описать эти
свойства количественн0 32 , 47, 69, 70, 80, 90, 102, 105. Большинство пред---
u u
ложенных решении этои задачи являются неудачными, так как
они или недостаточно полно представляют характеристики те---
чения реальных расплавов, или слишком сложны для практи---
ческоrо применения. Только два количественных соотношениsr
заслуживают рассмотрения.
1. Уравнение. Эйринrа Пауэлла, устанавливающее связь
между напряжением сдвиrа и скоростью сдвиrа
du 1 du/dr
't f1 dr + в Arsh А Ер (21)
rде ft, В и А вр три экспериментально определяемые KOHCTaHTЫ '
При низких скоростях сдвиrа Arsh (х) приближается к (х), сле
довательно, уравнение примет вид:
1
+ .
АЕрВ
du
dr
(22)
ОСНОВНЫЕ СВОйСТВА МАТЕРИАЛОВ
41
.....-
Отсюда вытекает предположение о существовании ньютоновскоrо
'Течения при низких скоростях сдвиrа. Ньютоновская вязкость
равна + 1/ АЕрВ. При промежуточных скоростях СДвиrа ypaB
нение (21) описывает псевдопластичное неньютоновское поведе...
иие в соответствии с качественными результатами, представлен..
ными на рис. 1 ,9. При высоких скоростях сдвиrа вторым членом
уравнения(21) можно пренебречь, и следовательно, зависимость
между напр яжением сдвиrа и скоростью сдвиrа становится опять
линейной, т. е. вновь наблюдается ньютоновское течение. Урав",
нение основано на теоретических предпосылках 86 , 89 и качественно
cor ласуется с экспер иментальными данными в очень широком
диапазоне изменения скоростей сдвиrа. Таким образом, это урав...
.нение может быть весьма полезным.
Однако практическое применение уравнения (21) оrраничено
. по следующим причинам:
а) Количественно уравнение (21) совпадает с эксперименталь
ными данными не так точно, как это можно было предположить
при их качественном сравнении. Действительно, более простой
«степенной закон», который рассматривается ниже, rораздо удоб--
нее для описания реолоrических свойств полимеров при измене
'НИИ скорости сдвиrа в пределах почти трех десятичных пор ядков 62 ,
чем. уравнение (21). Таким образом, хотя уравнение Эйринrа
Пауэлла является одним из лучших отображений качественной
картины поведен.ия жидкости в неоrраниченно широком диапазоне
'изменения rрадиента скорости, ero трудно Использовать для точ--
Horo описа.ния кривой течения той же жидкости в пределах н.еболь..
u
шоrо интервала изменении rрадиента скорости, что представляет
интерес при инженерных расчетах. Кроме Toro, даже в случаях
'полноrо соответствия этоrо уравнения экспериментальным дaH
ным существует MHoro друrих более простых уравнений, которые
можно использовать на практике.
б) Теоретические предпосылки, на которых основан вывод
этоrо уравнения, недостаточно достоверны 1 ,68. Поэтому оно опи--
сывает процесс течения только частично. Кроме Toro, трудность
получения даже ОДноrо ряда констант, соответствующих опытным
данным 15 , уменьшает ero значение.
в) ВО мноrих случаях удобнее пользоваться уравнением,
которое разрешается в явной форме относительно скорости сдвиrа
(а не напряжения сдвиrа). Между тем при интеrрировании ypaB
нения (21) даже для сравнительно простой задачи (течение в
xpyr лой. трубе) возникают значительные математические TPYД
ности. Результаты численноrо интеrрирования в виде HOMorpaMM
МОжно найти в работе 15 . '
Поэтому, хотя уравнение (21) является простейшей
теоретической попыткой вывести общее соотношение между
42
r л. 1. ОСОБЕI-IНОСТИ TEt.IEI-IИЯ: ТЕР1\r\ОПЛАСТОВ
м
напряжением сдвиrа и скоростью сдвиrа для неньютоновских си
стем, практичеСI(ое применение ero оrраничено сложностью
уравнения. Дальнейшие усложнения уравнения (21), подобные
пяти.. и шестипараметрическим моделям Ри и Эйринrа 89 , вряд л}I
MorYT быть оправданы.
Уравнение (21) целесообразно применять в следующих .CJ1Y '
чаях: .
а) При далекой экстраполяции опытных данных, посколы(у
это уравнение правильно отражает общую форму кривой тече
ния. Следует отметить, однако) что для точноrо определения KOH
стант А Ер , В и t-.t требуются экспериментальные данные) получен
ные в широком интервале изменения скорости сдвиrа.
б) Если приходится пользоваться теми участками кривых Te
чения, которые в двойных лоrарифмических координатах имеют
большую кривизну. Большинство эмпирических уравнений [на..
пример, уравнение (23)] не точно соответствуют эксперименталь
C"I
ным данным .на том участке кривом течения, rде она имеет сильно
выраженную кривизну, например для 9 %-Horo раствора поли
изобутилена при скорости сдвиrа примерно 2 х 104 ceK l (см..
рис. 1.,9). Однако следует иметь в виду, что лоrарифмические кри ,
вые большинства расплавов полимеров и их растворов не имеют
участков большой кривизны.
2. Так называемое степенное уравнение, которое связывает
напряжение сдвиrа и rрадиент скорости при помощи двух экспе..
риментальных констант индекса течения n и коэффициента
К59, 62:
': к. du ', II . ( 23 )
dr
Поскольку две константы это минимальное число параметров,.
которые MorYT определить кривую течения неньютоновских Ma
териалов 59 , и поскольку точное решение уравнения (23) может
быть получено как относительно напряжения сдвиrа (приведен '
ная форма записи), так и ,относительно скорости сдвиrа, то оче..
видно, что уравнение (23) описывает неньютоновское поведение
жидкости в предельно простой математической форме. Несмотря
на простоту уравнения (23), оно довольно точно соответствует
экспериментальным данным. Это леrко проконтролировать, по
скольку в координатах лоrарифм напряжениясдвиrа лоrарифм
скорости сдвиrа уравнение (23) изображается прямой линией"
с TaHreHcoM уrла наклона, равным показателю степени n. По..
этому леrко обнаружить отклонение экспериментальных данных
от этоrо уравнения. Уравнение может быть разрешено и относи..
тельно эффективной вязкости:
du/dr
l( _ к ( du/dr ) t1.......1
(du./ dr)1 п
(24)
1:
t.1 .
эф.
.
основНЫЕ СВОйСТВА МАТЕРИАЛОВ
43
...... ...............'" .a.r
Следовательно, в лоrарифмических координатах кривая эффек
тивной вязкости, как функции скорости СДвиrа, на участке, на
котором применимо уравнение (23), изобразится прямой линией
с TaHreHcoM уrла наклона, равным n 1. Приведенные выше Teo
ретические выклад-ки и экспериментальные данные l4 , 62 и 89 пока..
зывают, что уравнения (23) и (24) неудовлетворительны, если ско"
рости СДВИrа изменяются в очень широком диапазоне, но они почти
,всеrда соrласуются с опытными данными при их изменении на
один, а нередко даже на три четыре десятичных порядка*.
Недостатки уравнения (23), как чисто эмпирическоrо, не снижают
ero значения 5О а
Применение уравнений (23) и (24) оrраничивается rлавным
образом тем, что с их помощью невозможно правильно описать
поведение жидкости пр и таких скоростях сдвиrа, коrда ее тече
ние приближается к ньютоновскому . Поэтому экстраполяция дан..
ных, полученных при изменении скоростей СДвиrа в небольшом
интервале, соответствующем переходу от аномальноrо к ньюто
новскому rечению, может повести к значительным ошибкам.
Однако избежать этих ошибок, по"видимому, невозможно, так
.как экстраполяция ненадежна даже при использовании бол'ее
u
сложных теоретических уравнении, если их параметры определе
u
ны при условии оrраниченноrо изменения скоростеи сдвиrаа
Поэтому очень важно получать реолоrические данные в том же
u .
,Диапазоне скоростеи сдвиrа, для KOToporo приводятся инженер
ные расчеты. При необходимости экстраполяции данных к CKO
'ростям сдвиrа, при которых поведение материала неизвестно,
'рекомендуется выбрать в части 111 данной книrи кривую, анало
rичную имеющейся, и проводить экстраполяцию, соблюдая меж-
ду ними симбатность.
Нормальные наnряженuя. [арнер с сотрудниками 28 , 29 и Вайс..
сен'берr l19 ,120 наряду с танrенциальными напряжениями наблю
u
дали возникновение нормальных напряжении при течении и де..
формации полимеров и их растворов. Результаты этих наблю..
дений особенно наrлядно изложены в работах Вайссенберrа 120 ,121,
вследствие чеrо мноrими авторами видимые проявления этих
наПряжений называются «эффектом Вайссенберrа». Ниже при
водятся некоторые примеры, в которых прqЯВ'ляется действие
нормальных напряжений:
1) При вращении вертикальноrо вала, поrруженноrо одним
Концом в жидкость, последняя стремится подняться по поверх-
* Интересно, например, отметить, что приведенные Ри и Эйринrом89 экспе
риментаЛьные даниые, соrласующиеся с ИХ шестипараметрическим уравнением,
в Пределах' ошибки опыта соответствуют также урав.неиию (23), исключая одну
или две Точки, полученные на rраиицах экспериментальнеи' области (и поэтому I
возможно. ошиБОЧНЫХ)а
44
[,п, 1. ОСОБЕННОСТ1-I ТЕЧЕl-1vIЯ ТЕРМОПЛАСТОВ
lН"
"
.....-
ности BaJ1a, тоrда как чисто ньютоновска я жидкость отбрасыва
Iпась бы (под действием центробежной силы) от вала тем да.п ьше,
чем больше скорость вращения вала. Во мноrих расплавах и
растворах полимеров наблюдается такое явление: с увеличе
нием скорости вращения жидкость поднимается все выше по
поверхности вала. При соответствующем объеме ЖИДКОСТ}I и
u
определеннои скорости вращения вала вся жидкость может ока...
заться на поверхности вала. Если вместо вала вращать в жидкости
короткую, открытую с обоих концов вертикальную трубку, то
жидкость будет «прокачиваться» вверх по трубке и переливаться
u u
через ее верхнии краи.
2) Деформация жидкости между двумя параллельными вращаю..
щимися плоскостями приводит, помимо танrенциальных напряже..
.ний, к развитию нормальных к этим плоскостям напряжений (то
же происходит между конусом и плоскостью в ротационных виско
зиметрах). Если положение плоскостей не cTporo фиксировано, то
u
под воздеиствием нормальных напряжении расстояние между
ними увеличивается, одновременно происходит сжатие жидкос..
ти в радиальном направлении. Распределение нормальных напря
жений и их абсолютн'ые значения определены для ряда
систем14, ЗЗ, 52, 54, 15, 79, 82, 83, 98.
Качественно 12О ,121 эффект Вайссенберrа можно объяснить вы...
сокоэластическои природои мноrих полимеров и их растворов.
При вращении вала в жидкости (если отсутствует скольжение.
между валом и прилеrающим к нему слоем жидкости или оно Ma
ло) высокая эластичность проявляется в растяжении (при OДHO
временном сжатии в перпендикулярном направлении) слоев жид .
кости, нахоДЯЩИХСЯ под действием напр яжений сдвиrа. Слои
жидкости как бы «наматываются» на вал. В результат сжатия
u
жидкость, стремясь переити в ненапряженное состояние, поДНИ"
мается вверх по валу". Т аким образом, жидкость на валу должнд
нахоДИТЬСЯ в напряженном СОСТОЯНИИ. Вайссенберr показал 121 ,
что это справедливо для таких вязких материалов, как раСПtJ7Jавы
полимеров. Если поднявшуюся по валу жидкость разрезать по
вертикали, то ра.зрез как бы раскрывается. Однако хотя это яв
ление и объясняется высокой эластичностью, ривлиным 92 и Рей
нером 92 было показано, что неупруrие жидкости также обладают
подобными свойствами, блаrодаря, по мнению авторов, на.ТIИЧИЮ,
«поперечной вязкости»*.
Муни 66 , 61 считает, что эффект поперечной вязкости не един
u
ственная причина возникновения нормальных напряжении:
* Коэффициент поперечной вязкости жидкости определяется РейнерО 1
u
как мера напряжении, зависящих от rрадиентов скорости не в одном, а во всех_
иаправлениях.
ОСНОВНЫЕ СВОйСТВА МАТЕРИАЛОВ
45
...
эффект Вайссенберrа обусловливается также высокоэластиче..
ской природой рассматриваемых жидкостей, что ДОПУСI{ал и
Ривлин в друrой своей работе 96 . Тем не менее Рейнер1Jl экспе..
риментально показал, Что, какова бы ни была истинная при
чина эффекта Вайссенберrа, даже в случае воздуха в известных
условиях проявляется влияние поперечной вязкости. Все это
подчеркивает большое значение так называемоrо эффекта Вайс..
.
/0°
.
..
/05
. /0 "
t\)
cu 103
::t'5
/02
tt /0
/
/O;O /O .] IO 2 /O I 1 10 102 /О.] /0,,'/0'; /08
Схорость со8и8а dl.L/dr, cel(, !
""
"
Рис. 1,10. Изменение танrенциаJ1ЬНЫХ и нормальных
иапряжений (напряжений сдвиrа) в зависимости
от скорости сдвиrа для растворов полиизобутилена
u
различнои I(онцентрации:
1, 2......9%-иый раствор полнизобутилена; 3, 4 З%-НЬJЙ раствор
полнизобутилена.
Нормальные напряжения.
Танrеициальные напряжения.
сенберrа и ,связь ero с упруrими свойствами жидкости, а также то
. обстоятельство, Что, вероятно, найдется HeMHoro материалов,
являющихся действительно ньютоновскими жидкостями. Мноrие
Жидкости считаются ньютоновскими только потому, что отклоне..
U U U
ния их своиств от своиств ньютоновских жидкостеи представляют
собой величины TaKoro порядка, которые не поддаются измере-
нию при' обычных экспериментах. По мере Toro как требования к
условиям проведения производственных процессов становятся бо
лее жесткими, мноrие материалы, которые в настоящее время счи-
таются Ньютоновскими жидкостями, MorYT оказаться более
Сложными по своим реолоrическим характеристикам.
Почти все работы по количественному изучению нормальных
напряжений опубликованы в течение последних трех или четырех
лет. На рис. 1,10 сравниваются танrенциальные и нормальные
напряжения для растворов полимеров различной концентрации
46
rJl. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ТЕРМОПЛАСТОВ
Эти данные доказывают ошибочность теории Паддена и Де Витта75 ,
а также их метода построения приведенных переменных. * Так как
теория Паддена и Де Витта является распространением на кри"
вые течения результатов более ранней работы Де Витта, которую
подверr резкой критике Па0 76 , то доказательство ошибочности
этой теории служит лишним подтверждением правоты Пао. Брод..
нян, rаскинс и филиппов 14 подтверждают соответствие экспери"
ментальных данных теориям rринсмитса Ривлина 33 и
Муни 66 только на небольшом участке кривой, лежащем в области
низких скоростей сдвиrа. Таким образом, полноrо, подтвержден--
8.oro экспериментом анализа этих эффектов, в настоящее время
еще не проведено.
Из rрафика, изображенноrо на рис. 1,10, следует:
1) Величина нормальных напряжений в жидкости, по види
мому, незначительна в области низких rрадиентов скорости,
при которых наблюдается ньютоновское течение.
2) При увеличении скорости сдвиrа до значения, соответст"
вующеrо заметному неньютоновскому поведению жидкости (при
сдвиrе), т. е,. значению индекса течения, равному 0,7 + 0,2, нор..
..,
мальные напряжения возрастают до значении, соизмеримых
u
с величинами касательных напряжении.
3) По достижении точки переrиба кривой течения (соответст"
вует скоростям сдвиrа, равным 500 А 5000 ceK l для кривых, изо..
браженных на рис. 1,10) нормальные напряжения увеличиваются
до значений, почти в 1 О раз превосходящих значения касательных
u
напряжении.
Изложенные выводы нельзя, конечно, полностью распростра
нить на друrие системы, например на расплавы полимеров, однако
есть все основания полаrать, что упруrость, а следовательно,
и HopMaJJ..bHbIe напряжения для расплавов значительно бо'льше,
чем для. р.а.створов. Поскольку расплавы полимеров обычно
перерабатываются в диапазоне скоростей сдвиrа, COOTBeTCTBY
ющих заметному отклонению от ньютоновскоrо течения, оче..
видно, что в производственных у.словиях нельзя пренебречь HOp
u
мальными напряжениями, так как по своеи величине они MorYT
превысить касательные напряжения. Нормальные напр ж.ения,
З.У ЛQВНО, иrра.IОТ значительную роль ... в происхождении таких
. явлений, как изменение формы .волокна по выходе ero из фильеры.
Предварительные расчеты для расплавов полимеров показывают,
что при соизмеримости величи'Н касательных и нормальных Ha
пряжений расчет толщины стенки трубы должен производиться
с J'четом знаЧ}Iтельноrо нормальноrо к стенке давления внутри
... .............
* в dастоящее время 9j(спериментально установлена применимость предло.
женных Паденном и Де-Витта 76 обобщенных пер МенныХ к результатам вискози.
метри'rеских исследований. П рим. ред.
OCI--! О В Н hI Е СВ О 1":! С тв А А1АТ Е I-J 11AJ10 В
47
..
трубы. О нормальных напряжениях в расплавах полиrv[еров опуб
ликовано MaJIO данных; работа Поллетта 85 подтверждает сде..
u
ланные выводы относительно значения и возможнои величины
HopMa ЬHЫX напряжений.
Неустановившееся течение. За исключением работ, посвящен
ны1x неустановившемуся течению полимеров при малых напря...
жен иях и деформациях (в этом случае полимер обычно рассмат"
ривается как идеальное те.ло Максвелла), этот вопрос в литера..
туре почти не освещен. Однако в задачу данной книrи не BXO
u
дит изучение малых напряжении, и теория данноrо вопроса
не рассматривается.
Влияние давления
Влияние давления на реолоrические свойства. Поскольку
u
вязкость жидкости определяется величинои сил межмолекуляр..
Horo взаимодействия (стр. 34 38), которые передают момент ко..
личества движения, и поскольку эти силы существенно зависят.
от, межмолекулярных расстояний 31 , 45, можно предполаrать, что
сжатие жидкости должно сопровождаться существенным увели-
чением вязкости. Иноrда TO предположение подтверждается
экспериментальными данными. Однако для большинства случаев
изменение вязкости не слишком значительно, так как для Toro
чтобы изменить плотность на небольшую величину, следует при..
ложить очень высокое давление. Так, вязкость этиловоrо эфира
или ацетона увеличивается при повышении давлени-я до 4000 аmм
соответственно в 6,3 и 3,9, раза 11 , 17. ОднаI<:О у некоторых жидко...
стей наблюдается необычно сильное изменение вязкости. На--
пример, вязкость изобутанола при давлении 12 000 am.IYl увеличи..
вается в 790 раз по сравнению с ero вязкостью при той же темпе..
ратуре, но. при атмосферном давлении 17 . У некоторых разновид"
ностей силиконовых жидкостей 12 вязкость увеличивается в 10 раз
да'же при давлениях менее 10 000 аmм. Большой ЭК.сперименталь"
ный материал о зависимости вязкости обычных жидкостей от
давления можно найти в работе rерси и Хопкинса 37 .
Сжимаемость большинства полимеров при температуре пере
работки HaMHoro превышает сжимаемость обычных жидкостей*
u
при комнатном температуре, поэтому изменения вязкости также
Сильно возрастают, Достиrая в отдельных случаях очень больших
значений. Вследствие этоrо возможны случаи, коrда материал,
который приrоден для переработки при атмосферном давлении,
может превратиться почти в твердое тело при высоких давлениях
Шприцевания. Иноrда это может послужить причиной неожидан..
: * Сжимаемость полиэтилена при 100 ос и давлении 10 000 ат.м, превышает
сжимаем'ость сероуrлерода более..;&. чем в два раза4S, 118.
48
r..1. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕ[iИЯ ТЕРЛ\ОПЛАСТОВ
..........
.
Horo уменьшения производительности при повышении дав.пения
шприцевания.
В настоящее время отсутствуют данные, позволяющие оценить
зависимость реолоrических характеристик полимеров от давле...
н ий *. Поэтому из пр иведенных пр имеров следует, что не реко--
мендуется экстраполировать кривые течения, полученные при
сравнительно невысоких давлениях, на область высоких давлений.
Объемная вязкость. Кроме сопротивления, возникающеrо
Q U
В жидкостях при воздеиствии на них напряжении сдвиrа, которое
связано с существованием обычной вязкости, при объемном сжа-
u
тии жидкостеи в них также возникают силы сопротивления.
Колебания изме"нений объема затухают совершенно так же 92 ,
как и свободные колебания, вызывающие деформацию сдвиrа (на-
пр имер, волны) . Эта «объемна я вязкость}) иноrда на"зывается
«ВТОРЫМ коэффициентом вязкости».
Рейнер92 приводит примеры расчета этой объемной вязкости
для бетона и асфальта. Дэвис и Джонс сообщают, что у rлице..
рина и r люкозы объемная вязкость превышает обычную соответ"
ственно в 10 и 200 раз. До настоящеrо времени величина объем..
ной вязкости олимеров еще никем не определялась. Однако
Спенсер и Бойнерl0 измеряли время, в течение KOToporo наблю...
дается изменение объема образца полистирола, при внезапном
изменении температуры. Этими авторами было установлено, что
продолжительность этоrо изменения объема в отде.lIЬНЫХ случаях
достиrает 15 ч. Поскольку для выравнивания температуры обыч..
но достаточно несколько минут, то такое длительное протекание
процесса изменения объема является неоспоримым доказатель..
ством существования очень высокой объемной вязкости. На
рис. 1, 11 приведены кривые, построенные по данным Спенсера
и Бойера. Условия, при которых получены эти данные, неизвест
ны. Поэтому эти кривые приводятся только для Toro, чтобы дать
представление о масштабах времени, в течение KOTOpOrQ проте-
кает процесс. На основе зависимости этоrо эффекта от темпера..
туры Спенсер и Бойер определили величину энерrии активации.
Эта величина равна 12 ккал/ моль, т. е.. температурная зави..
симость этоrо эффекта аналоrична температурной зависимости
вязкости при сдвиrовых деформациях.
Наличие этой объемной вязкости имеет очень большое значе..
ние, и ее следует учитывать при определении величины измене...
ний размеров изделия в процессах переработки пластмасс. Вели..
* в ОДНОЙ из последннх статей 56 рассматривается влияние давления на
эффективную вязкость. Однако авторы не разделили эффектов, обусловленных
увеличением давлення, и эффектов, связанных с изменением rрадиента скорости,
u
хотя 'можно предположить. что в деиствительности влияние одноrо Изменения
давления значительно меньше, чем экспернментально наблюдавшиеся эффекты.
ОСНОВНЫЕ СВОйСТВА МАТЕРИАЛОВ
49
L...LI:>...
т
издеJIИЯ. ПО ВИДИМОМУt ве 'lичина этой объемной
непостоянна и имеет такой же не..
v
ньютоновскии характер, как и
обычная сдвиrовая вязкость.
Уравнение состояния. Измене..
ние объема (вызванное изменени...
ями температуры и даВ,Jlения) и
такие термодинамические харак"
теристики, как работа сжатия*,
u
ИЗ1\iенение внутреннем энерrии и
Т. Д., MorYT быть связаны ypaBHe
u
нием состояния для жидкостеи,
аналоrичным уравнению состоя..
ния, используемому для Идеаль..
Horo rаза. П ростейшее уравнение
состояния для неидеальных rазов
(уравнение В ан..дер..Ваальса) мо"
жет быть записано следующим
образом (для 1 MO./lb rаза):
чина объемной вязкости определяет продолжительность времени
рассасывания остаточных напряжений сжатия в rOToBbIx изде
"пиях, которое необходимо для достижения стабильных размеров
вязкости таКЖе
'" ,
IO(JO
10
8 9
'од
80
80 100 /20
Тенпература О{/
(р + djV2) (V
Ь) RT
(25)
Рис.. 1,11. Влияние темпер атурыI
на время, необходимое для дости--
жения равновесия при изотерми.
ческом расширении или сжатии:
цифры, на кривых стеПенЬ достиrаемоrо
О/
равноВесиЯ, /0.
т ак как уравнение (25) опи
сывает также и поведение жидкостей, то Спенсер и ДЖИ.ТIморlО6,
несколько видоизменив это уравнение, примеНИJIИ ero для описа...
u
ния своиств полимеров:
(р + 7t i ) (V
00) R'T
(26)
rде р внешнее давление, кТ/с.м 2 ;
1C i внутреннее давление (предполаrается, что Т: i не зависит от
объема) ;
V удельный объем, СМ 3 /2;
(п константа, C/I1, 3/2;
Т температура 1 ОК.
R '
универсальная rазовая постоянная.
* Рассчитанное из уравнений .термодинамики значение работы сжатия
обычно оказывается меньше фактической работы сжатия на величину, зависящую
от скорости сжатия и объемной вязкости материала. Хотя для большииства обыч
u
ных ЖИдкостеи и rазов разность эта очень мала, в полимерных материалах она
должна была бы быть во 1ноrих случаях весьма существенна. Однако до си'х
пор веЛичина этой разности не рассчитана вследствие отсутствия данных по
объемной вязкости расплавов полимеров.
4 ПерераБОТК8 термопластичных материалов
50
r Л. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ТЕрмоrIЛАСТОВ
JiI 1
Ниже приведены константы уравнения (26) для некоторых
полимеров по Спенсеру и Джилмору (значения 00, заключенные
в скобки, даны ориентировочно):
R'
кТ. .ktл
см2. . ок
u)
см3/а
11,. .
l
KTj cM 2
Полистирол. 1 . . . . . . . .. 0,81 0,822 1890
Полиметилметакрилат . . . . .. 0,841 (0,734) 2190
Этилцеллюлоза . . . . . . . .. 1 ,4 (О, 720) 2440
Ацетобутират целлюлозы . . .. 1 ,55 (О, 688) 2880
Полиэтил е н. . . . . . . . . .. 3 , 01 (О, 875) 334 О
Приведенные константы вычислены на основании резуль...
татов экспериментов, проводившихся в интервале температур
175 196 ос. Поэтому следует соблюдать особую осторожность
при экстраполяции на друrие температуры. Спенсер и Джилмор.
u
считают, что при переходе к комнатнои температуре величина 1t i
для полистирола составляет примерно 3540 Kr/CM 2 . Такое увели
чение можно объяснить тем, что влИянием V в члене, учитыва..
ющем внутреннее давление, пренебреrают, а также тр)тдностью
u
получения равновесных данных . при комнатном температуре.
Тур и Иrлетон l12 , исследуя поведение полистирола в интервал
температу.р 140 260 ОС, получили Тi: i , равное 1540 Kr /CAt 2 . Сле
дует, однако, отметить, что достоверность вычисленноrо таким об..
разом значения 7':i в большой степени зависит от правильности оп ре..
деления значения удельной теплоемдости. В работах Бойера и
Спенсера 1О обобщен весь опубликованный к 1944 r. эксперименталь..
ный материал по зависимости удельноrо объема от температуры.
По величине молекулярноrо веса полимера и универсальной
о о
f'азовои постояннои можно рассчитать теоретическое значение
R 1 . Причем если для расчета воСпОльзоваться молекулярным
весом мономера, то можно получить значения R', которые в ряде
случаев очень "близки к значениям, определенным эксперимен'"
тально.
у айрllВ .в своей работе по сжимаемости полимеров вместо
приб ли ж ен ноrо уравнения (26) пользуется степенным рядом:
)
)
rде V
+ t 2 (со + С 1 Р + с2р2 + сзрЗ) .
объем полимера при температуре
(27)
\/0
удельный
нии р;
удельный объем при атмосферном давлении и темпера-
туре О ос;
t температура, ОС;
р давление, аmм.
t и да ле..
. r -. .....
... . .
..
,
ОСНОВНЫЕ СВойСТВА МАТЕРИАЛОВ
51
1 1
Ниже ПРИВОДЯТСЯ значения констант уравнения (27) для поли-
этилена И поливиниловоrо спирта при 80 ос и изменении давления
до 10 000 аmм:
Полиэтилен Поливинило Полиэтилен Поливииило-
спирт ВЫЙ спирт
ВЫИ
V{) ] , 0881 0,7674 . . 5 , 92 1 0 11 1 , 09 · 1 О 14
. . . О.") . .
..
аl 3 354 .10 5 1 584. 1 0 5 Ь з . 3,44.10 15 1 68. 1 O 16
. . . , , . . ,
. . r 3 511. 1 0 9 1 , 178. 101 C t ) . . 7 73.10 6 3 18. 1 0--8
, , ,
аз . . . 1 575 1 О 13 4 863.10 14 C 1 . . . 3 85. 1 0--9 1 67. 1 O .t
, , ,
Ь О 2 8б.l0 5 3 01. 1 0 4 С 2 6 70. 1 0 13 . 1 41. 1 0 5
. . . . . .
, , , ,
Ь 1 . . . 2 , 66 · ] 0--7 3 , 92 . ] 0--8 С 3 . . . з 58. 1 О 17 5,38.10 20
,
Кроме Toro, У айр исследовал также поведение при сжатии
полихлортрифторэтилена (кель F), политетрафторэтилена (теф
лон), полистирола (селектрон 5003), поливинилфторида, поли-
винилиденфторида и сополимера этилена с тетрафторэтиленом.
В работе У айра рассчитаны также изменения внутренней энер-
rии.
Максвелл и Матсуока 67 также изучали зависимость Р V Т,
u
однако им не удалось про извести замеры равновесных значении
этих величин. Поэтому их довольно мноrочисленные эксперимен
u
.тальные данные нельзя использовать для количественнои оценки
явления. Детальное исследование этоrо вопроса приводится
также в работе Ковача 42 .
Влияние температуры
Влияние температуры на реолоrические характеристики. Ис
следование влияния температуры на реолоrические свойства Ma
териала 6 , 81 проводилось в двух различных направлениях: pac
сматривалось влияние температуры на rрадиент скорости при
постоянном наПРЯ}l{ении сдвиrа и влияние температуры на напря
жение сдвИrа при постоянном rрадиенте скорости.
Второе направление по существу эквивалентно определению
влияния температуры на величину коэффициента К или эффек-
тивную вязкость a при постоянном rрадиенте скорости. При
u
этом предполаrается, что степеннои закон течения применим во
всем исследуемом диапазоне изменения температур и rрадиентов
СКорости [ср. уравнения (23). и (24)].
Поскольку rлавная задача данноrо раздела заключается в
Выявлении тех изменений, которые необходимо ввести в расчет
ные уравнения для Toro, чтобы учесть влияние температуры,
перечисленные выше направления здесь не рассматриваются.
Ниже анализируется возможность применения уравнения
(23) при различных температурах. .
4*
52
r Л. 1. ОСОJ3ЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ТЕРlViОПЛ}\СТОВ
1
Влияние температуры на индекс течения n. Рассматривая
влияние температуры на индекс течения п с позиций ранних тео...
рий, в которых особенности реолоrическоrо поведения связывались
с размерами и взаимным расположением частиц в потоке, можно
было бы ожидать, что с повышением температуры аномалия в
реолоrических свойствах расплавов будет уменьшаться, так
как увеличение интенсивности молекулярноrо ДВИ)f(ения вызовет
нарушение ориентации и распрямления макромолекул. Можно
также пре)l.ПО ЖИТЬ, что при повышенных температурах р з--
мер кинетически. самостоятельных полимерных образований в
потоке умеНЫllИТСЯ вследствие более интенсивноrо броуновскоrо
движения. Поэтому роль напряжений сдвиrа в уменьшении
размеров этих кинетически самостоятельных образований оказы
вается практически незначительной. Однако абсолютная вели..
чина всех этих эффектов должна быть сравнительно невелика,
так как средняя величина скорости тепловоrо движения молеКУtТI
пропорциональна квадратному корню из абсолютной темпе..
paTypbI 31 .
Экспериментальные кривые течения расплавов, полученные
при различных температурах, можно найти во мноrих рабо
Tax 124t Bl, 19,6. Наиболее полный обзор всех экспериментальны.х
работ приведен у Филиппова и rаскинса.
Анализируя весь.. собранный экСпериментальный материал,
можно сделать следующие выводы:
1) Величина критическоrо rрадиента скорости, при котором
начинают проявляться неньютоновские свойства расплава (т. е.
при меньших rрадиентах скорости расплав ведет себя как ньюто
новская жидкость)) с повышением температуры заметно Бозра--
Стает. Так, у полиэтилена с индексом расплава 2,0 (удельный
вес 0,923) этот rрадиент скорости увеличивается от 0,002 ceK l
при 112 ос дО 0,08 ceК, l при 25.0 ос. У полиэтилена с индексом
расплава 2,1 (удельный вес 0,914) указанный rрадиент скорости
увеличивается от 0,005 ceК, l при 108 ос до 0,04 ceK l при 230 ос.
Эти данные НО.сят слишком разрозденный характер, поэтому
сделать какое..либо обобщение затруднительно. Можн. лишь за
метить, что при изменениИ температуры расплава примерно на
100 ос величина критическоrо rрадиента скорости увеличивается
примерно на один десятичный порядок. По--видимому, наиболее
u
полными данными, охватывающими широкии диапазон измене
ний rрадиента скорости (так что внутри этоrо диапазона при
различных температурах наблюдается как область ньютонов
cKoro, так и неньютоновскоrо течения), являются данные Филип..
пова и rаскинса.'
2) В области неньютоновскоrо течения индекс течения с уве..
личением температуры несколько увеличивается (табл. 1).
OCI-IОВНbIЕ (=B01 CTBA lv\A ТЕРИАЛОВ
53
Таблица 1
Значения индексов теч ния n при различиых температураХ
ь.......... ...
у.......
Материал
rрадиснт
СКОРОСТИ, сек 1
11ндекс течения n
Увеличение n
при изменении
температуры
иа 100 ос
Полиэтилен (индекс pac 0,01 0,84 (при 1 08 ОС) 0,13
плава 2,1) 1 ,00 (при 230 ОС)
100 0,32 (при 108 0 C) 0,14
0,49 (при 230 ОС)
,
Полнэтилен (индекс pac 0,1 0,59 (при 112 ОС) 0,21
плава 2,0) 0,88 (при 250 ОС)
.
10 О '33 (при 125 ОС) 0,21
,
0,55 (при. 250 ОС)
Пластифицирован ный 10 0,24 (при 125 0 С) 0,42
поливинилбутираль 0,365 (при 155 ОС)
Полиизобутилен «виста . 1000 0,30 (при 38 ОС) 0,17
некс}\ 0,49 (при 149 0 С)
I<аучук GR S Х672 100 0,17 (при 38 ОС) 0,14
. 0,25 (при 93 ОС)
Из таблицы видно, что индекс течения у всех материалов, за
исключением пластифицированноrо поливинибутираля, с YBe
личением темпера']lУРЫ изменяется очень мало. Поэтому при инже...
Н.ерных расчетах в качестве первоrо приближения можно принять,
что индекс течения не зависит от температуры, если интервал из
менения температуры не превышает 30 ос. Отклонения значений
индекса течения на rраницах температурноrо интервала от ero ве...
личины, соответствующей середине этоrо интервала (за исключе-
. нием поливинилбутираля) не превышают 15 20 % .
. в том случае, если температурный интервал превышает 100 ос,
то, как это видно из табл. 1, ИСпользование постоянноrо значения
Индекса течения пр и водит к неудовлетворительным результатам.
Поэтому при расчетах польз уются несколькими значениями ИН
де]{са течения. Филиппов и rаскинс 81 указывают, что эти изме-
нения характера кривой течения не позволяют использовать ме-
Тод «обо.бщенных» координат, часто рекомендуемый друrими авто-
рами. Применение этоrо метода совмещения кривых, полученных
при различных температурах, возможно только в очень оrрани'"
ченном диапазоне изменения температур. *
Влияние температуры на коэффициент К. В работе Филип.
Пова и rаскинеа 81 приводятея результаты мноrочисленных иесле..
* См. прим. ред. На стр. 46.
54
r л. 1. ЬСОБЕ[1IiОСТИ ТЕЧЕl1:ИЯ ТЕрМОПЛАСТОВ
1............. '1'
дований, которые проводились при небольших значениях rради-
ентов скорости (область ньютоновскоrо течения). Эти данные
показывают, что влияние температуры на ньютоновскую вяз-
кость расплава описывается экспоненциальным уравнением:
Ae E / RT
Е
R
rрафики зависимости lПtLЕ от I/Т имеют вид прямых линий. Ниже
приводятся величины энерrии активации вязкоrо течения Е
(в. ккал/ MOw'1b) для исследованных полимеров* (материалы рас--
положены в порядке увеличения температурной зависимости):
Полиэтилен . . . . . . 1. 11 12 , 8
Полиизобутилен . . . . .. 15, 7 16, 4
КаУЧУI( GR S . . . . .. 20 , 8
Полистирол. . . . . . .. 22,0 2310
Поливинилбутираль. . 1 25 , 9
Поливинилхлорид . . . ., 35, О
Поливинилацетат 1 . . .. 60, о.
Ацетат целлюлозы . . .' 70, О
f.1F (К)
d (ln F)/d (ljT)
(28)
(29)
Большой практический интерес представляет зависимость
коэффициента К от температуры в области высоких rрадиентов
скорости (область неньютоновскоrо течения) _ В этом случае можно
рассматривать зависимость К от температуры либо при постоян
ном напряжении сдвиrа, либо при постоянном rрадиенте скоро..
сти. I1HTepecHo, что величина энерrии активации, рассчитанная
по кривым зависимости К от температуры при постоянном rpa..
диенте скорости., меньше, чем при постоянном напряжении сдви
ra 6 . На практике наибольший интерес представляют значения,
определенные при постоянном rрадиенте скорости. В табл. 2
приведены значения энерrии активации вязкоrо течения для неко-
торых материалов. Эти результаты рассчитаны по данным работ
Филиппова и rаСКИllса 81 t а также Бестула и Белчера 61 . Для pac
чета выбирались значения rрадиентов скорости, которые BCTpe
чаются на практике. Температурный интервал соответствовал
условиям опытов в указанных работах.
Таким образом, энерrия активации, помимо темпе-ратуры, за..
висит также и от rрадиента скорости. Однако это не оrраничивает
применения уравнения (28), так как обычно оно используется
в rраницах температурноrо интервала, внутри KOToporo Индекс
течения остается практиЧески постоянным. Т ак, если температура
* Возможно, что эти значения до некоторой степени (очень незначите.J1ЬНО)
зависят от молекулярноrо веса. Фокс и Флори 26 показали. что для полистирола
с !\fолекулярным весом выше 30 000 вязкость расплава в области. малых rрадиен.
тов скорости почти совсем не зависит от молекулярноrо веса.
ОСНОВIlьtЕ СВОйСТВА lv\ATEPI1. J10I3
55
.
Таблица 2
Значения энерrий активации вязкоrо течения для некоторых
термоппас.тичных материалов
МатеРИ<1,.l
Средняя Te)l,l I
пература, ос
rрадиент
скорости
сек ]
Энсрrия
активации
ккал/ мол и
I
Полиэтилен (индекс расплава 2, 1 )
То же
})
»
150
200
150
200
147
. 1 000
1000
100
100
100
б 9
,
5,7
8)2
7,0
]3,6
Пластифицированный поливин и.п.бути'"
раль
ПОJlиизобутилен «вистанекс» LM S
То же
)}
)
55
120
55
120'
1000
1000
100
100
4,9
5,5
5,7
6,7
,может изменяться в пределах -+ 15 ос, то КОCl1Jебания значений энер.or
. rии активации для полиэтилена и полиизобутилена составят
значительно меньше -+ 10 %. В пределах этоrо же интервала из..
менения температур экспериментальные данньiе очень хорошо
описываются зависимостью вида (СМ. rл. 3):
к A'e BT
(30)
Выбор Toro или иноrо уравнения для описания зависимости
реолоrических параметров от температуры опре.деляется, таким
образом, простотой и удобством математических преобразований
u U
. И может изменяться при переходе от одном задачи к друrои.
Поскольку с изменением температуры объ м полимеров из...
меняется значительно сильнее, чем это наблюдается у обычных
. жидкостей, для учета этих изменений следует пользоваться
специальным уравнением. Для этой цели рекоменд)тется обобщен..
ное уравнен.ие де Андраде 17 :
кv 1 / з C 1 e C2 /I' t t (31)
. rде {} удельный объем жидкости при температуре t;
'С 1 и С 2 эмпирические константы.
Однако до наС.тоящеrо времени этим уравнением I!e пользо
вались.
Хопкинс 38 показал, каким образом !\10ЖIIО оценить характер
температурной зависимости ньютоновской вязкости (область ма--
лых rрадиентов скорости) по результатам друrих испытаний, на--
пример по кривым температурной заJ;\ИСИМОСТИ ползучести, дина..
мическоrо моду л я и т. д.
56
r л. 1. ОСОБЕННОСТJ1 ТЕЧЕ[ IИ51 ТЕРМОПЛАСТОВ
Течение в трубах простой rеометрической формы
сечения
Изотермическое течение в круrлых трубах
Зависимость расхода от перепада давлений. Рабинович 88 и
Муни 6Б показа.пи, что в условиях paBHoMepHoro (установившеrося,
развившеrося) ламинарноrо течения зависимость rvlежду напряже-
нием сдвиrа на стёнке круrлой трубы D pI4L и выражением
8U/D (rде 8U/D п 32q/1tD3) должна быть инвариантна относитель..
но диаметра трубы. Это положение справедливо при соБЛlодении
u -
следующих условии:
а) Кривая течения )t\:идкости не зависит от времени. В это
определение не ВХОДЯТ жидкости, обладающие заметной тиксо*
тропией или реопексией SО , а также такие жидкости, которые в
процессе течения подверrаются дестр .rкции. Это ОI'раничение,
однако, не является существенным, ибо, как прави"ТIО, тиксо..
тропия или реопексия встречаются очень редко. В тех случаях,
коrда э-ти эффекты наблюдаются, их проявления обычно оrраIIИ"
чиваются коротким участком входа в трубу, в особенности если
материал перед попаданием в трубу проходит через це.пую си..
стему фитинrов.
Поскольку деструкция полимера, которая может происходить
в технолоrическом оборудовании, отрицательно влияет на каче..
ство rOToBoro изделия, оборудование должно быть- спроектиро'"
вано так, чтобы предотвратить возможность деструкции.
б) Скольжение на стенке трубы полностью отсутствует. Это
условие соблюдается для всех обычных жидкостей. То обстоятель..
ство, что скорость слоя 2КИДКОСТИ, непосредственно соприкаса..
u
ющеrося со стенкои, равна НУJ1Ю, неоднократно отмечалось экспе..
риментаторами, работающими в области rидродинамики вязких
жидкостей 2Б . Хотя существуют некоторые качественные сообра..
жения о возможности существования скольжения при течении
полимеров*, экспериментально показано, что величина этоrо
эффекта невелика. Так, величина cYMMapHoro расхода жид.
кости через трубу, стенки которой покрыты специальным со..
* Муни И Блэк69 доказывают существование СКО,,!Jьжения тем, что при шпри-
цевании не происходит ВУ..:Iканиэации материала, соприкасающеrося с наrретой
металлической поверхностью стенки корпуса шприц-машины. Следует, однако,
u
IIMeTb в виду, что незначительную вулканизацию очень тонкои пленки, непо-
средственно прилеrающей к поверхности металла, трудно заметить. Уменьше-
ние вязкости. наблюдающееся у большинства жидкостей при наrревании, увели
чивая rрадиент скорости течения вблизи стенок, способствовало бы дальнейше
му утоньшению уже и без Toro очень TOHKoro медленно движущеrося слоя..
Поэтому хотя и можно считать, что отсутствие вулканизации является качест
венным доказательством наличия пристенноrо скольжения. существование
caMoro эффекта доказать очень трудно.
ТЕЧЕНИЕ В ТРУБАХ rJPOCTOl I"'ЕОМЕТРИЧЕСКОй ФОРМЫ СЕЧЕI111Я 57
.А
..
ставом, предотвращающим смачиваемость поверхности жид
костью 99 , увеличилась только на 5 b, хотя в этом случае условия
ДЛЯ проявления эффекта пристенноrо скольжения были наиболее
блаrоприятны. Муни и Блэк 69 , занимавшиеся каПИЛJIЯРI-IОЙ виско..
u
эиметриеи I(аучуков, не смоrли экспериментально заметить ника..
ких следов скольжения.
Следует, однако, заметить, что если эффе.кт скольжения не
превышает 5 /o, то он может ОС1"аться незамеченным вследствие
очень сложных условий проведения эксперимента. Кроме Toro,
в работах Муни и сотрудников 6Б , 69 приведены уравнения, учиты...
вающие скольжение. Эти уравнения очень ваЖIfЫ при расчете Te
чения суспензий 3 ' 63, В которых может происходить разделение
u
дис.перrируемоrо вещества и дисперrируемои среды, в результате
чеrо появляется пристенный слой с очень малой вязкостью. В Ta
ком маловязком пристенном слое наблюдается основное измене
ние скорости. Поэтому общая картина внешне очень похожа на
истинное сколь)кение. ПОСКОIТII)КУ существование СКОJlьжения В.
однофаЗI-IЫХ жидкостях (не яв rrЯIОЩИХСЯ суспензиями) экспери"
ментально не доказано, эти уравнения здесь не рассма1'риваются*.
Метод Рабиновича, основанный на тех же самых предположе..
"
ниях, позволяет установить истинныи вид зависимости между
't w (или D p/4L) и 8V/D (или 32q/7tD 3 ). Этот метод может быть
представлен следующими уравнениями:
3п' + 1
( du(dr)'W 4п'
32q
.
7tDЗ
(32)
rде
п'
d (lg tw)(d 19 :
(33):
Два следствия, ВЫ1"екающие из этих уравнений, предстаВЛЯЮl
особый интерес:
1) РеЗУЛf;.таты капиллярной вискозиме'rрии (зависимость рас...
хода от перепада давлений) позволяют устаНf)ВИТЬ истинный вид.
кривой течения для неНЬЮТОНОВСК}IХ жидкостей. Так как п' пред"
ставляет собой TaHreHc уrла наклона касательной к кривой
Ig1: f [lg(32q/1!D 3)], определенный при каком"нибудь заданном
значении 32q/1!D3 или W' то для Toro чтобы определить по ре..
"
зультатам капиллярнои вискозиметрии истинную кривую Te
чения, достаточно про извести rрафическую обработку получен..
НЫХ данных.
2) Если экспериментальные данные предназначены только для
расчета оборудования, в котором жидкость протекает по круrлым.
... .......... "w ...............
* На существование пристенноrо СI(ольжения неоднократно ССЫ 1ались и
раньше, однако в большинстве случаев несовершенство использованной техни
ки эксперимента не позволяет вынести окончательноrо суждения.
58
r Л. J. ОСОБЕНliОСТИ ТЕЧЕfil--lЯ ТЕРМОПЛА(:l'ОВ
....
А J
трубам, то при модеvТJировании явлений можно воспользоватьсЯ
зависимостью w от 32q/тrD 3 .
Алвес, Бухер и Пиrф орд 2, сопоставляя результат'ы экспери"
u u
ментальных исследовании реолоrических своиств самых различ
ных суспензий и растворов, обладающих неньютоновскими свой..
ствами, также использовали зависимость мея<ду
D pI4L 11 32q!7r.D3 или 8U/D
Такое решение по существу является !vl0делированием рабочих
условий. Оно очень просто и обеСtIечивает высокую точность pac
чета. МетцнерБ8 указал, что таксе моделирование ВОЗМОЖ110 при
условии постоянства отношения U /D, а не при условии постоян...
ства величины и, как это часто рекомендова,JIОСЬ.. Более Toro,
u
для всех рассматривае11ЫХ жидкостеи достаточно один раз опре..
делить на модели соответствующих размеров зависимость между
величиной и /D и перепадом давлений для Toro, чтобы рассчитать
потом умеl-Iьшение давления в трубе любых размеров при том же
самом значении отношения U/D. При прове.дении опытов на Ka
u
пиллярах различноrо диаметра МОЖIIО лишнии раз удостоверить
ся в отсутствии таких усложняющих эффектов, как тиксотропия
и пристенное скольжение.
Поскольку уравнение (33) определяет T3HreHc уrла наклона
v
прямои, можно записать:
DДр
-
4L
К'
8и ' n'
....
D
(34)
w
Если величина п' в ур'авнении (33) постоянна, то уравнение (34)
описывает зависимость между D p/4L в 8U/D. Если n' не постоян..
на, но изменяется с изменением 't w ' то уравнение (34) являеl СЯ
уравнением касатеЛЫIОЙ к кривой при любом выlранномM значе..
нии D IJ/4[J или 8и /D. i\налоrия между уравнениями (23) и (34)
совершенно очеВIIдна. Единственное с.ущественное различие co
стоит в том, что' для Toro чтобы определить связь между перепа..
дом давлений и величиной расхода, I-Iеобходимо ПРОИН1 еrриро..
вать уравнеIfие (23), а ДJIЯ Э1'оrо .rребуется, Ч'l обы ПОJ(азатель сте..
u
пени п во всем диапазоне изменения rрадие тов скоростеи, KOTO
рые су[цествуют внутри трупы [от нуля до ( . . dtl/dr)w J , был по..
с.тоянеtI. В противном случае ПруIХОДИТС.я пользоваться очень
U v
трудоемком операциеи усреднения.
Поэтому методы расчета, основанные на использовании ypaB
нения (23), являются по существу приближенными методами,
хотя очень часто при их применении получС!юrI"СЯ очень точные ре..
зультаТbl. У равнения (33) и (34) непосредственно связывают
/J с и. [Jоэтому теоретически ИСПО ТIьзование их для определе
ТЕЧЕНИЕ В ТР ';БАХ ПРОСТОй rЕОМЕТРИЧЕСI(Ой ФО]JМЫ СЕЧЕНИЯ 59
ния зависимости между расходом и перепадом давлений более
обоснованно. Если n' изменяется при переходе от ОДIIоrо значения
't w К друrОМ)1, то это указывает на необходимость опредеJlения
ero при таком значении Ш' при KOTOpOlVl производится расчет.
В появившейся сравнительно недавно работе Мет[{нера 6О дe
тально рассматриваются преимущества уравнения (34) по сравне--
нию с уравнением (23). В этой же работе приведены примеры ис
пользования уравнений (33) и (34) для расчета течения различ
u
HbIX неньютоновских жидкостеи и полученные результаты co
поставлены с друrими методами расчета.
Если экспериментально установлено, что величина п/ остаеТСrЯ
неизменной в некотором диапазоне изменения величины 32q /7tD 3,
то, соrласно уравнению (32), значение rрадиента скорости опре--
деляется очень просто. Иначе rоворя, кривая зависимости напря"
C"I
жеI-Iие сдвиrа ИСТИНIJЫИ rрадиент скорости и кривая зависимости
напряжение сдвиrа средний rрадиент скорости (32q/т:D 3) будут
иметь совершенно одинаковую форму, отличаясь друr от друrа
ct1JИШЬ . Tervf, что кривая истинноrо rрадиента скорости сдвинута
относительно кривой среднеrо rрадиента скорости вдоль оси rpa
диентов скорости пропорционально величине (3п' + 1 /4п'). По
скольку в лоrарифмических координатах TaHreHC уrла наклона
обеих кривых соверш"енно одинаков, то из сопоставления ypaBHe
ний (23) и (34) следует, что величина п' должна быть равна n.
Приравнивая уравнение (23) к уравнению (34), получаем59:
К' . к
3п' + 1 п'
1п'
(35)
Если n' изменяется с изменением средиеrо rрадиента скорости
(32q/1tD ;1), то можно показать, что:
К' к
3п f + 1
4п'
tl
32q
7tD3
п п'
(36)
Анализ показывает, что уравнение (35) представляет собой:
частный случай уравнения (36).
Параметры К' и ft' аналоrичны параметрам К и n.
Однако если п и 11' у жидкостей, подчиняющихся степенному.
закону течения, взаимозаменяемые величины, то, как следует из,
уравнения (35), коэффициенты К и К' не одинаковы даже у таких
жидкостей, за исключением специальноrо случая ньютоновских
жидкостей (п n/ ..1).
Метцнер и Р ид 63 ВОСПОЛЬЗ0вались параметрами К' и п/ при
выводе обобщенноrо числа Рейнольдса, которое характериз)тет'
60
rл. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ТЕРi\r\ОПЛАСТОВ
'1'Ы '1
поведение как ньютоновских, так и неньютоновских жидкостей.
Число Рейнольдса можно записать в следующей форме:
.
Re'
D nl u2 n' р
.&
(37)
[де*
r g K'8n/ 1 (38)
Для частноrо случая ньютоновской жидкости (п' 1,0; К' f1/gc)
уравнение (37) принимает вид Re' DUp/f1F' т. е. обычное число
Рейнольдса представляет собой .частный случай уравнения (37).
Было показан0 23 ,.63, что для большинства неньютоновских
жидкостей переход от ламинарноrо режима течения к турбулент--
. u
ному происходит так же, как и для ньютоновских жидкостеи,
то.лько .при значениях обобщенноrо числа Рейнольдса выше 2100.
Однако у ряда ВЫСОКОЭJJастичных неньютоновских жидкостей
ламинарное течение наблюдается при значениях обобщенноrо числа
Рейнольдса, превышающих в несколько раз критическое значение
2100. По-видимому, это связано с тем, что возникающие в потоке
упруrие силы подаВuf}ЯЮТ развитие турбулентности. В настоящее
время величи.на критическоrо. числа Рейнольдса для ВЯ3КQэла-
стических жидкостей еще не установлена. В этих же работах 2З , 61
доказано, что всrречавшиеся раньше указания о существовании
«преждевременной» или «структурной}) турбулентности неверны.
Поскольку совершенно очевидно, что устойчивое турбулент"
"
ное течение неньютоновских жидкостеи не может возникнуть при
числах Рейнольдса, меньших 2100, а также в результате Toro,
что в большинстве случаев расплавыI полимеров обладают очень
высокой вязкостью, турбулентное течение не представляет осо--
боrо интереса при расчетах оборудования для переработки Tep
мопластов. Величина обобщенноrо .числа Ре.й.нольдса нужна
обычно для доказательства отсутствия турбулентности. Поэтому
в дальнейшем проблема турбулентноrо течения не рассматривается.
110 одной только кривой течения (например, зависимость Ha
пряжеН}IЯ сдвиrа от rрадиента скорости, полученная методом
ро,тационной вискозиметрии) рассчитать трубопровод более слож-
но, чем при прямом о.пределении зависимости расхода от давле
ния с помощью уравнения (34) . Усложнение это, однако, несу-
u
п ественно, если реолоrические своиства жидкости описываются
степенным законом r уравнение (23)] в рабочем интервале измене-
ний rрадиента скорости. В этом случае n 11 17,' совпадают, величина
К' рассчитывается по величине К i уравнение (35)], а перепад дав"
лений по уравнению (34). Этот расчет проводят методом после-
...
* Не следует смешивать введенное здесь 1 с упоминавшимся ранее обозна
чением деформации: Is' It, 11' 12 и 106ш.
ТЕЧЕНИЕ В ТРУБ..4Х ПРОСТОй rЕОМЕТРИЧЕСКОй ФОРМЫ СЕЧЕНИЯ 61
А
'1'
."..
довательноrо приближения, так как, несмотря на ero простоту,
.
u u
наити заранее величину rрадиента скорости, при которои нужно
определять n и К (а следовательно, и К'), невозможно.
. ..i"iетодика расчета состоит в следующем:
1) Задавшись значением rрадиента скорости, определяют по
кривой течения величины К и n. Если кривая течения не спрям"
ляется в лоrарифмических координатах, то ее апроксимируют
ПрЯ!\10Й линиеи. Нужно иметь в виду, что, пользуясь прямоли..
нейной апроксимацией для определения значений n и К, необхо..
димо следи:ть за выбором апроксимируемоrо участка криво и с тем,
чтобы им охватывались все значения напряжеIIИЙ сдвиrа (или rpa-
диента скорости) до выбранной величины, но не свыше выбранной.
Апроксимирующая кривая .должна совпадать с кривой течения
. u u
В интервале по краинеи мере двукратноrо IIзменения напряжения
сдвиrа.
2) Определив n и К, рассчитывают К'.
3) Затем по величине объемноrо расхода q, используя урав-
нение (34), рассчитывают величину напряжений сдвиrа и
.перепад давлений в трубах проектируемоrо оборудования.
4) Определенное таким образом значение напряжений сдвиrа
.должно совпадать с первоначально выбранным значением, по ко..
70рОМУ рассчитывалась величина пиК. Если такое совпадение
OTCYTCTByeT, то выбирается новое значение напряжений сдвиrа и
весь расчет повторяется сначала.
Если бы жидкость подчинялась степенному закону течения,
1"0 тоrда отпала бы необходимость в применении метода последо..
вательных приближении. В этом случае n и К имели бы постоян..
u
ные значения, не зависящие от величины напряжении сдвиrа.
Хотя реальные материалы и не подчиняются полностью степен..
.ному закону течения, однако отклонения от Hero, вызывающие не..
.обходимость больше чем ОДноrо перерасчета, встречаются редко.
Только для очень небольшоrо числа жидкостей, у которых n
'быстро изменяется с изменением напряжений сдвиrа (например,
дилатантная суспензия полимеров в пластификаторе), вышеиз..
u u u
.ложенныи метод апроксимации истиннои кривои течения степен..
ным уравнением оказывается неприемлемым. В этом случае, для
'Toro ЧТОQЫ воспользоваться результатами реолоrических иссле..
о u
..довании для целеи инженерноrо расчета, можно попытаться подо..
'брать для кривой течения какое нибудь друrое уравнение, напри--
мер уравнение Эйринrа rIауэлла (стр. 40), или применить ме..
"тод. численноrо или rрафическоrо интеrрирования, описанный
.в следующем параrрафе.
Составив уравнение равновесия сил для элементарноrо ци..
.линдра радиусом " вырезанноrо из потока текущей в цилиндри..
";ческой трубе ЖИдкости (рис. 1,12), можно показать, что:
62
r л. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ТЕРМОПЛАСТОВ
Силы, заставляющие элемент жидкости передвиrаться слева
направо, равны:
p (7tr 2 )
Силы, препятствующие свободному движению (силы сдвиrа,
действующие на поверхности элемента), равны:
't2 rL
в этих уравнениях p перепад давлений, расходуемый на
ТI f)еодоле'ние трения . в трубе длиной L.
ДЛЯ установившеrося течения.
(ускорение отсутствует) жидкости
в rОРИЗ0нтальной трубе* эти две
силы должны быть равны дру!
друrу. Приравнивая ИХ, получаем:
р
:LlL// //)//IL////(/I/////////////! /II/f I///
f
N
p pl
r
.
..........
I
.....
...
rdp
2L
(39)
Рис. 1,12. Силы, действующие на
элемент радиусом r жидкости.,
протекающей пq круrлой трубе.
у равнение (39) показывает, что
напряжение СДвиr.а внутри пото..
ка жидкости изменяется от ну ля.
в центре трубы до максимальноrо
значения, paBHoro D p/4L, у CTeH
ки трубы.
Так как между величиной напряжения сдвИrа и rрадиентом..
скорости существует какая"то функциональная зависимость, то..
можно записать:
l
,Др
.2L
rp(
du/dr)
.
(40).
или
duJdr
ер'
(1р
2L
(41 ),
rде ер и ер' неизвестные функции.
Изменение скорости по' сечению тр)тбы можно определить,
ПрОИНтеrрировав уравнение (41) от стенки до любой точки с ра..
диусом '. Если скольжение отсутствует, скорость жидкости при.
r===R равна нулю и
tl r
du ер' rJp dr
2!
.. .
о f==R
(42)
* Это предположение не является необходимым, оно делается толы(о Д ТIЯ
упрощения. Влияние сил ТЯЖести можно учесть дополнительно. хотя они He .
существенны при анализе течения расплавов полимеров.
TEtIEI-[ИR В ТРУБАХ ПРОСТОй rЕО!\'1ЕТРИЧЕСКОй ФОРМЫ СЕЧЕНИЯ
63
....Т
Интеrрируя, получим:
r
"
u
,
.<Р
,Др
2L
dr
(43)
R
Интеrрал уравнения (43) численно равен площади, оrраниченной
кривой зависимости f{>/(r p/2L), от r (или, что то }I(e самое, кривой
зависимости du/dr от ') на участке r R и ' - ! rрафическое
интеrрирование можно производить следующим образом:
'. 1) Если за.дан rрадиент давления. p/L и нужно опредеJIi!ТЬ
соответствующую ему величину расхода, то сначала rассчиты
вают значения r p/2L при различных r в интервале r R и r о;
по кривой течения жидкости определяют соответствующие значе
ния rрадиента скорости du/dr f{>/(r p/2L) при каждом значе..
нии '. Затем строят rрафик зависимости du/dr от (. Величина
скорости каждоrо слоя радиуса r определяется по площади,
{)rраниченной кривой на участке r R До r (. Повторяя это
интеrрирование для ряда значенИй " можно составить таблицу
u U
значении и в зависимости от r и построить эпюру скоростеи.
Общий объемный расход q равен сумме всех произведений
{локальная скорость Х локальная площадь сечения), взятых по
радиусу трубы. Так как лока./Iьная площадь сечения равна 27! rdr,
.Т,О расход равен: .
r=-O
и 27!rdr
(44)
q
r R
или
- r==-O
q/2тc urdr
r ;;:. R
:,. Из уравнения (44) следует, что величину q/27! можно также
,-определить rрафически, вычисляя площадь, оrраниченн.ую KpJ{..'
вой и, t(r) на участке ' " R и. r о. Таким образом, величину
расхода q можно оп сделить д во"й ным' последовательным rрафиче..
.,Ским интеrрированием.
2) Если задана величина расхода q и требуется определить
соотвеТСТВУlощее значение перепад давлений p (или rрадиента
,.давления p/L), то приведенные выше вычисления ПР,оизводят
несколько раз. Сначала на основе результатов, полученных экспе"
риментально, задаются каким...либо значеIlием p/L. После этоrо
рассчитываIОТ расход, соответствующий этому rрадиенту давле
,'ний. Получив таким образом несколько точек, !\40ЖНО построить
ТЕЧЕНИЕ В ТРУБАХ ПРОСТОй rЕОJ\r1ЕТРИЧЕСКОй ФОРМЫ СЕЧЕНИЯ 65
нетическая энерrия жидкости возрастает. В результате измене...
v u
нин кинетическом энерrии потока rрадиент давлении также уве"
личивается. Однако увеличение rрадиента давлений, связанное
u
с изменением кинетическои энерrии потока, настольКо мало по
u
сравнению с увеличением rрадиента давлении в результате появ..
ления на участке входа иеобычно высоких rрадиентов скорости,
что им обычно пренебреrают_ Исключение составляют только рас..
четы, связанные с обработкой результатов капиллярной виско
зиметрии.
Следует также иметь в виду, что большая часть кинетической
энерrии сообщается жидкости на участке, расположенном непо..
средственно перед входом в трубу На этом участке происходит
увеличение скорости движения жидкости до скорости потока на
ВХоде.
В"третьих, на входе в трубу сами молекулы, попадая в область
с каким то rрадиентом скорости, ..деформируются и ориентируют
ся в направлении потока. Этот процесс деформации молекул TaK
же требует дополнительной затраты энерrии. Ero следует учи
тывать, сообразуясь с модулем упруrости жидкости.
Теоретические методы расчета каждоrо из этих эффектов еще
не разработаны*. Поэтому приходится оrраничиваться экспери"
мента льны м определением суммарной величины входовоrо эф-
фекта * *. Обычно пользуются распространеННЫf\1 в классической
rидродинамике методом, по которому строится rрафик зависи..
мости перепада давлений от пара метр а L/D. Данные для пост рое..
иия этоrо rрафика получают путем экспериментальноrо опреде
u
ления потерь давления, возникающих при постояннои величине
расхода в опытах с прямой трубой, длину которой можно произ...
Больно изменять. Экстраполируя полученную кривую До нуле-
Boro давления, определяют величину ВХОДовоrо эффекта, который
выражается числом диаметров, на которое надо удлинять трубу
I
при расчете. .
Анализ экспериментальных результатов и вытекающие из
теор ии следствия позволяют сделать следующие выводы:
1) С увеличением эластичности жидкости входовой эффект
должен увеличиваться. Так, например, величина ВХОДовоrо эф
фекта при rрадиенте скорости 104 ceK l у 2% Horo раствора на..
палма в толуоле 117 (очень эластичная жидкость) составляет
11 О L/D, в то время как у расплава полиэтилена (слабо эластич-
ная жидкость) эта величина равна 4,8 L/D.
2) В области малых rрадиентов скорости, при которых мате...
* в качестве ОТllравиоrо пункта можно ВОСllользоваться работой Смита 1О1 .
* * Все эти эффекты, за нсключением эластичности t былн рассмотрены
д. С.. Боуrом Б докладе, представлеином на съезде американскоrо химическоrо
общества в 1958 r. .
5 Переработка термопластичных материалов
.
66
rл. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ТЕРМОПЛАСТОВ
...
.
риал ведет себя как ньютоновская жидкость, величина входовоrо
эффекта почти не зависит от rрадиента скорости. Это объясняет-
ся тем, что при малых rрадиентах скорости не происходит ориеи..
тации молекул.
В области неньютоновскоrо течения, соответствующей не-
сколько более высоким rрадиентам скорости, входовой эффект
может быстро увеличиваться с ростом rрадиента скорости, так
как одновременно резко увеличивается и степень ориентации
молекул. Все эти эффекты очень наrлядно продемонстрирова..
ны на рис. 1,13.. При очень высоких
rрадиентах скорости величина входо-
. Boro эффекта должн а стремиться к не..
которому постоянному значени ю, co
ответствующему достижению предель..
ной степени деформации и ориентации
молекул полимера. К такому же выво..
ду можно прийти, анализируя rрафик,
представленный на рис. 1,13. Однако
ВХОДовой эффект перестает зависеть от
rрадиента с орости значительно рань..
ше, чем достиrается полная ориентация
молекул полимера. Причина наблю..
дающейся стабилизации входовоrо
эффекта при rрадиенте скорости по-
рядка 103 ceK l в настоящее время
еще не установлена.
3) Входовой эффект, оцениваемый
величиной L/D или L/R, по,-видимому,
не зависит от абсолютноrо размера тру-
бы, особенно при ero изменении в два-
тр и раза 4 , 117.
4) Существенная часть (но не все) потерь давления, связанная
с формованием профиля скоростей (эффект входа), -относится
к входу 'в трубу Поэтому экспериментальные исследования тече..
-иия через тонкие диафраrмы, аналоrичные про водимым Вестове..
pOM и Максвеллом 124 , позволяют оценить величину потерь входа
'только приближенно. .
5) Пр.и течении дилатантных систем величина потерь входа
сильно зависит от rеометрии входа, что не наблюдается' при те..
чении псевдопластичных материалов. Величина входовых потерь
достиrает большоrо значения у концентрированных суспензий.
Так, экспериментально установлен0 94 t что ВХОДовый эффект
составляет в отдельных случаях 325 диаметров. При течении ди..
латантных систем величина входовых эффектов не зависит . от
rрадиента скорости.
/04
\1
/03
t
/02
со)
Q
/0
cro
/0
J О 2 't 8
.Jфf/Jеl(т d.xotJa tjд
Рис. 1 '] з. Зависимость эф-
фекта входа или потерь дaB
л.ения на входе (выраженных
.через эквивалентное удлине..
ние трубы) от rрадиента ско--
рости для полиэтилена с ин-
дексом расплава 70 при
190 ос.
ТЕЧЕНИЕ В ТРУБАХ ПРОСТОй rЕОМЕТРИ.ЧЕСКОй ФОРМЫ СЕЧЕНИЯ 67
.............- .....
Профиль скоростей в развившемея потоке. При изотермиче
СКОМ течении жидкости по круrлой трубе профиль скоростей по
тока не измеI-Iяется по всей длине трубы (за исключением участк.а
входа). Зависимость между локальным значением скорости и
радиальной координатой для любой точки, расположенной внутри
трубы, определяется уравнениями (42) и (43).
.
.
.
,
п=.О
.
п=о,l
r
п=О2
"1
I
I
t
t
п=9,5 1
п=!,ОО
J
ютоно6с,rая
-.JICиtJНОСтh
п оо
. .
о /50 800 450 О /50. 300 450
ЛОНОЛhноп CNOpOC(l7h сн/сен.
.
.
, .
Рис. 1,14. Профили скоростей, устанавливающиеся
в круrлой трубе. по которой течет жидкость, ПОД"
чиняющаяся . степенному закону течения.
Правую часть уравнений можно интеrрировать rрафически.
Если же кривая течения жидкости удовлетворительно опи
сывается степенным законом [уравнение (23)J, то для определения
скорости можно воспользоваться следующим аналитическим вы...
ражением Б9 :
u
И
1 + 3п 1
l+n
r (п+l )fll
R
(45)
На рис. 1,14 изображены
по уравнению (45).
профили скоростей, рассчитанные
,
!)*
68
rл 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕ.ЧЕНИЯ ТЕРМОПЛАСТОВ
11
Кинетическая энерrия жидкости. Кинетическая энерrия любой
жидкости, движущейся. по круrлой трубе, определяется выраже
нием 45 ,49:
R
1
UR2
О
Локальные значения u для любой жидкости можно определить как
функцию " rрафически интеrрируя уравнение (43). Кинетическая
энерrия, умноженная на коэффициент LR 2 , также определяется
rрафическим интеrрированием уравнения (46). При этом изме
ряется величина площади, оrраниченной кривой u 3 r/g c f(r) в ин..
тер вале от r О до r R .
Для частноrо случая течения жидкостей, подчиняющихся
степенному закону, после интеrрирования уравнения (46) полу
чаем59:
Кинетическая энерrия
u 3 rdr
gc
(46)
Кинетическая энерrия
и 2
ag c
(47)
rде
(4п + 2) (5п + З)
3 (3п + 1)2
n индекс течения (показатель степени) в уравнении (23).
На рис. 1,15 приведен rрафик зависимости а j(n), описывае--
мой уравнением (48).
Вид и характеристика
поверхности выдаВJlивае..
Moro материала. Пр и нсте..
чении маловязких жидко-
u
стен из вертикально рас...
положенноrо капилляра
. С1..
диаметр струи в.ытекающеи
жидкости по мере удале..
ния от конца капилляра
обычно уменьшается. Это
обусловливается перерас..
u
пределением скоростеи в
u
струе и деистви.ем rрави"
тационноrо ускорения.
Однако при истечении вы..
соковязких масел и рас"
плавов полимеров наблю..
даются друrие эффекты.
Диаметр вытекающей струи очень быстро увеличивается и CTaHO
вится значительно больше диаметра канала трубки, из которой
выдавливается материал. Затем, если вязкость жидкости не слиш
а
(48)
2,2
a [ 8
'
ct:) L,.
1,0
п= оо ci a741
1 "1
б
O
2,0
п
O
O
.Рис 1,15. Зависимость поправочноrо коэф.
фициента ос, входящеrо в уравнение кине
тической энерrии (47), от величины индек-
са течения Ы .
ТЕ'"'IЕНИЕ .В ТРУБАХ ПРОСТОй rЕОМЕТРИЧЕСКОI'I ФОРJ\t\Ы СЕЧЕНИЯ 69
u
ком велика, под деиствием силы тяжести диаметр струи вновь
уменьшается. Указанное выше увеличение диаметра струи поли...
мера может быть очень значительным. Северс 1ОО отмечает, что
при выдавливании полистирола в интервале температур 175
200 ос при высоких rрадиентах скорости диаметр струи увеличи...
вался по сравнению с диаметром капилляра в 2,8 раза *. Рассма-
триваемое увеличение диаметра струи обычно связывалось с про...
цессом релаксации молекул, которые, проходя по капилляру, по..
видимому, деформировались До некоторой степени 1ОО , 100.
Однако До настоящеrо време...
ни не ясно, почему наблюдается
подобная деформация молекул при
rрадиентах скорости, при которых
исследовавшиеся жидкости еще
подчиняются закону Ньютона 4О .
Большое значение, помимо уве"
личения диаметра струи, имеет
также нереrулярность ее фор..
мы, которая о.бычно наблюдает-
ся при увеличении расхода.
Для . некоторых полимеров ско"
u
рость истечения, при которои
появляется нереrулярность струи,
невелика. Поэтому максимальная
скорость шприuевания, при ко-
торой еще возможна переработ-
ка таких полимеров на техноло
rическом оборудовании, очень не..
высока.
Впервые на существование нереrулярности струи полимеров
указал Насон 72 . Результаты количественных исследований, про*-
водившихся разными учеными 1ОО , 106, 113 115, 124, обобщены в работе
Метцнера 61 . В этой работе автор проводит аналоrию между яв-
лением нереrулярности и «разрывами» дилатантных систем,
возникающими при высоких н.апряжениях СДВИrа. Однако это
'-'
сходство нос;ит чисто внешнии характер, так как причины, вызы
вающие это явление в суспензиях и в расплавах полимеров, по...
видимому, различны.
рис. 1,16 дает очень наrЛЯДное представление о нереrуляр"
ности струй. Причины, вызывающие этот эффект, до сих пор не
установлены. Поэтому пока нельзя рекомендовать какие"нибудь
Рис. 1,16. Нереrулярность
струи при различных напряже-
ниях сдвиrа l13 ..
* Было показано 124 , что в области малых rрадиентов скорости это отноше-
ние очен.ь быстро увеличивается с повышением rp адиента скорости и достиrает
HeKoToporo Постоянноrо значения..
70
L
rл, 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕ IЕНИЯ ТЕрМОПЛАСТОВ
'1" А' 1"
". . . ............... ...-------.
методы, с помощью которых можно было бы реrулировать или
уменьшить величину нереrулярности.
Существуют различные предположения относительно места
зарожде ия нереrулярностей: на входе в капилляр, в капилляре
и за пределами капилляра. Однако единственное, что в настоящее
время можно утверждать совершенно определенн0 61 , это оши-
бочность теории, объясняющей возникновение нереrулярностей
существованием турбулентности.
Изотермическое течение между двумя плоскостями и в трубах .
, прямоуrольноrо сечения
Течение между' двумя параллельными плоскостями. YpaBHe
ние равновесия сил в ламинарном установившемся потоке для
элемента жидкости, изобра...
женноrо на рис. 1, 1 7, может
быть заIlисано следующим
образом:
I
/
В /.
6 I I
р...../ -1 .
I
r
/t
I I
I
.
р (2в. 1) ::=: 't (1 · L · 2) +
+ (р p) (2e.l)
(49)
P--LJр
или
.
't
pвl L
(50)
Для жидкостей, подчиняю..
щихся степенному закону
течения:.
'l
du п
dB
Рис. 1,17. Силы. действующие на эле
мент жидкости (с единичной шириной,
толщиной 2 в и длиной L), который BЫ
u
резан в потоке жидкости, протекающеи
между двумя бесконечными параллель-
ными плоскими пластинами, отстоящими
друr от друrа на расстоянии 28.
т: K
Отсюда
fl
du ==
1 p
к · L
l/n
e l / п dB
t.
О
или
u
11 Р \ l /п
KL
n+[
п В n
п+l
n+l
n
в
(51 )
Уравнение (51), описывающее профиль скоростей потока, можно
в свою очередь проинтеrрировать по площади поперечноrо сече..
ТЕЧЕНИЕ В ТРУБАХ ПРОСТОй rЕОМЕТРИЧЕСI\Ой ФОРМЫ СЕЧЕНИЯ 71
"1 ....'1 "f" W
ния плоской щели. Полученное выражение позволяет* установить
u V
связь между" величинои расхода и перепадом давлении:
В 1р К 2п + 1 q' п ( 52 )
L 2n · 82
rде
Btlp
J.lI
L
о u
член, определяю щи и величину напряжении сдви"
ra на стенке;
rрадиент скорости на стенке;
величина объемноrо расхода, отнесенная к единим
це ширины щели.
На уравнениях (51) и (52) основаны методы расчета листоваль..
ных rоловок. Эти же уравнения описывают такие частные случаи
течения, как течение в кольцевых каналах и течение в трубах
прямоуrольноrо сечения.
Течение в трубах прямоуrольноrо сечения. Течение в тру-
бах прямоу.rольноrо сечения рассматривали Бейер и Товсли 7 ,
а также СпенсерlО3.. Для описания кривой течения эти авторы
воспользовались степенным рядом, состоящим из четырех"пяти
членов. Однако полученные уравнения, по видимому, невозможно
разрешить относительно" перепада давлений. Более Toro, область
их применения для расчета оrраничена одним двумя десятич"
ными пор ядками изменения rрадиента скорости за пределом об..
ласти ньютоновскоrо течения (малые rрадиенты скорости).
До настоящеrо времени не получено УДовлетвор ительных ре..
зультатов при применении степенноrо закона к течению в прямо..
уrольных трубах с конечным отношением rлубины к ширине.
2n"+1
2n
.
q' "
82
q'
.
Течение в кольцевых каналах
.
Из условия равновесия сил, действующих на элементарный
цилиндр, вырезанный в жидкости (рис. 1,18), следует, что силы,
" u
стремящиеся переместить элементарныи цилиндр налево, равны:
(р 6р) 2тrrdr + tt2тrrL
u
силы, стремящиеся переместить элементарныи цилиндр направо:
d
,p2 тr rdr + 2r.rL'C + d, (21trL't) dr
Направление осей координат при составлении этих выражений
выбрано таким образом, чтобы перепад давлений I1р был величи"
* Следует иметь в виду, что величина 8 в уравнении (52) обозначает поло..
ви"ну расстояния" между плоскостями, т. е. Все расстояиие между плоскостями
равно 28. "
72
r л. Т. ОСОБЕННОСТI I ТЕЧЕНИЯ ТЕРi\\ОПJ1 д.стов
.....1>....
.............. .........
.
ной положительной. Напряжения сдвиrа будут отрицательнь[ми
на поверхностях, радиус которых лишь HeMHoro больше Rt'l так
как внутренняя поверхность цилиндрическоrо элемента жидкости
тормозится действующим в этой области напряжением сдвиrа. Co
вершенно аналоrично, напряжения сдвиrа в области, приле..
rающей к Ro, считаются положительными.
В установившемся ламинарном потоке при отсутствии внеш
них (например, rравитационных) сил обе эти силы должны быть
уравновешены:
ар
d ('tr) :.,., L rdr
(53)
.
После интеrрирования этоrо выражения получим:
.. дрr . С
"( 21.J J /F
(54)
rде С постоянная интеrрировани:я.
ЛроtpllЛh
снорости J
/
Р / Р...лР
,/
;'
..............
\
...........
/-'
L . лr'g
,;-/
Ro Н'
t J ...
.. ..-,.18 ..<b<L
1) нс. 1,18. Силы, действующие на кольцевой элемент
u'
ЖИД1(ОСТИ С внутренним радиусом r и толщинои
кольца dr, вырезанный из потока, протекающеrо по
КО.пьцевой щели. образованной двумя цилиндрами с
радиусаI\1И Ro и Ri.
Выше уже отмечалось, что напряжения сдвиrа отрицательны
.
только на кольцевых поверхностях, радиус которых лишь He
MHoro больше R i , а на поверхностях, радиус которых приближает
ся к Ro, . н.апряжения сдвиrа становятся положительными. по...
стоянная интеrрирования определяется из условия, что при проМе....
жуточном значении радиуса 'ARo rрадиент скорости и напряже..
иие сдвиrа равны нулю. Подставляя постоянную интеrрирования
Б уравнение (54), получим:
p
2L
r
л 2 RБ
r
(55)
't
Задавшись определенным видом зависимости между напряже..
нием сдвиrа и rрадиентом скорости, можно проинтеrрировать
уравнение (55) и найти выражения, описывающие поле скоростей.
ТЕЧЕНИЕ В ТРУБАХ ПРОСТОй rЕОМЕТРИЧЕСКОй ФОРМЫ СЕЧЕI-IИЯ
1. 1..... ..
73
а также. зависимость расхода от перепада давлений. Поскольку
до настояrцеrо времени не удалось получить аналитическоrо pe
u
шения для уравнения течения жидкости, ПОДчиняющеися степен
ному закону течения, Фредриксон и Бирд проинтеrрировали урав-
нение (55) численным методом 21 . ПО(lТIученные резу льтаты за..
писаны в следуюrцей форме:
Ro (j р с-с:с.: К ?-п . 1 (] .
2L n. . rт.R3
о
]
n
2п +
(56)
\. ..
у ( 1
R; \
R o )
n
Значения функции У в зависимости от величины R i / Ro при
раз.пичных величинах параметра n приведены на рис. 1,19 и в
табл. 3.
r J . I т _ С' J
o,ft.O 0,80 f/80
Rt/Ro
Рис. , 19. 3аВИСИIVIОСТЬ пара метр а У, ВХQдящеrо
в уравнение (56), от R i/ Ro.
Цифрь; иа кривы.х велиqина показателя п
1,00
0,90
аао
alO
а ВО п
Vj
450
. 1
о
0,/0
П=сю
-
.
. т
[ ]
/,00
r -L
1120
Для TOrO чтобы воспользоваться уравнением (56), необходимо
знать реолоrические характеристики К и n, определение которых
требует прежде Bcero оценки диапазона изменений напряжений
сдвиrа. Для этой цели можно рекомендовать следуюrций метод
последовательноrо пр иближения:
1) Прежде Bcero примерно оценивают возможную величину
u U
напряжении сдвиrа и по кривои течения определяют COOTBeTCT
вующие значения параметров К и n.
2) Пользуясь найденными значениями К и n, по уравнению
Rd -
(56) рассчитывают величину ;L P , которая соответствует за-
данному значению q.
74
rJl. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ТЕРМОПЛАСТОВ
,
... -q-A................ .....
&
Таблица 3
.
ЧИСJlенные значения функции У, рассчитанные при ра3J1ичны х величинах
отношения R i : R о ДJlЯ разных п
......
Я /. ' : R
. о
..
п
О.
о
0,2
0,4
0 6
О
,-,
,
0.9
,
1,00 0,6051 0,5908 0,6237 0,7094 0,8034 0,9008 0,9502
О J 50 О, 6929 О, 6270 О ,6445 О , 7179 О , 8064 О , 90 15 О , 9504
0,33 0,7468 0,6547 0,6612 0,7246 0,8081 0,9022 0,9506
0,20 0,8064 0,6924 0,6838 0,7342 0,8128 .0,9032 0,9510
0,10 0,8673 0,7367 0t7130 0,7462 Ot8184 0,9054 0,9519
t
Для TOrO чтобы произвести этот р.асчет, необходимо установить
значение n, без KOToporo невозможно не только вычислить урав..
нение (56), но и определить величину У.
3) По вычисленному значению Ro p12L определяют величину
u .
напряжении сдвиrа на поверхности BHYTpeHHero и наружноrо
ЦИЛИНДрОВ:
Rotlp ( 1
1:0 2L
'\ 2 )
Л
(57)
.,..
.
,
Rol1 p
2L
Ri
Ro
1
Л 2 R 2
о
R2:
t
т
(58)
Величину ). . при различных значениях n ОJlределяют по табл. 4
или по rрафику J приведенному на рис. 1 ,20.
4) Если величины напряжений сдвиrа, рассчитанные по урав..
нениям (57) и (58), не совпадут с значением , при _ к.отором опре..
делялись параметр n и К, то выбирается новое значение 't, опре...
деляются новые К и n, и весь расчет повторяется сначала. Однако
HeKoToporo опыта при выборе 1:0 вполне достаточно. чтобы опре..
делить напряжение сдвиrа путем ОДноrо расчета.
Следует отметить, что при определении величины расхода q,
соответствующей заданному перепаду давлений p, не пользуют..
ся способом последовательных пр иближений. Можно добавить
-также, что при cTporoM расчете требуется, чтобы параметры К
и n были постоянны во всем диапазоне изменений напряжений
ТЕЧЕНИЕ В ТРУБАХ ПРОСТОй rЕОl"lЕТРИLIЕСКОй <!)ОРМЫ СЕЧЕНИЯ
.
75
P"""""""'\WI ......
Таблица 4
Численные значения л, вычtlспенные при различных величинах отношения
R i/ R о Для разных п
(радиус, соответствующий максимуму кривой профиля скоростей, равен f==лR о )
...
Ri:R o
.....,.
п
0101 О, 1 0,2 0,4 016 0,8 0,9
.
L
1 ,00 0,3295 0,4637 0,5461 0,6770 0,7915 0,8981 0,9495
0,50 0,2318 0,4192 0,5189 0,6655 0,7872 0,8972 0,9493
0,33 О, 18] 7 0,3932 0,5030 0,6587 0,7847 0,8967 0,9492
0,20 О , 1503 0,3712 0,4856 0,6509 0,78]8 0,8960 0,9491
0,10 О , 1237 0,3442 О, 4687 0,6429 0,7784 0,8953 0,9489
O,L,O 460
п
Рис. 1 ,20. [рафик. по которому определяется
u
радиус, соответствующии положению макси-
мальной скорости 27 :
Цифры на КрИВЫх величина ОТНОШеНИЯ Ri/Ro.
OO
0,80
0,80
(},40
0,20
о
o,80
(l 70"
a60
. 050"
yO,
r""" ЗО,
,... t220
..... 0,/0 "
....
0,01,
.......
0,20
480
(00
.сдвиrа от 1:0 (которое положительно) до нуля и затем до 1:1 (КОТО"
рое отриц'ательно). Вышеприведенный анализ реолоrических
u . - Q
своиств неньютоновских жидкостеи ясно показывает невыполни
76
,
rл. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕ'LJЕНJ.1Я ТЕРМ ОП ЛАСТОВ
...ь..........
lТ
...
масть этоrо требования. Поэтому такой расчет в самом л)/чшеlVl
случае будет оставаться только приближением*.
С увеличением 't o степень приближения увеличивается, Tal"
как при этом реолоrические пара метры n и К остаются постоянными
в более широком интервале изменений напряжений сдвиrа. Сле-
дует так)ке иметь в виду, что если значения n и К, соответствую
u
ЩИе 't o , сильно отличаются от значении, соответствующих 't itr
то при расчете надо пользоваться значениями при 1:0' так как
величина объемноrо расхода в значительно большей степени за
u u
висит от напряжении сдвиrа на наружнои поверхности кольца
Q
чем на внутреннеи поверхности.
НеИЗ0термическое течение в круrлых трубах
В этом разделе не обсуждаются вопросы теплопередачи, а
uтмечаются причины, вызывающие существенные. изменения тем...
пературы полимера даже при ero течении в ХОрО,шо термоизоли
рованной трубе.
1) При течении в трубах расплавов большинства полимеРОВ t
обладающих высокой вязкостью, происходит интенси ное тепловы
деление, обусловленное внутренним трением. Интенсивность теп--
u
ловыделения в потоке вязкои жидкости, отнесенная к единице
объема, определяется выражением:
1
[ 't ( du/dr)
Следовательно, эта величина. меняется от нуля в центре трубы до
максимальноrо значения у стенки трубы.
2) В результате высокой вязкости расплавов возникают значи..
тельные rрадиенты давлений. Поэтому в достаточно длинных тру..
бах может происходить существенное уменьшение плотности pac
плава, связанное с объемным расширением полимера. На это pac
ширение затрачивается определенная энерrия. При этом ве&l1ичина
энерrии, которая расходуется в единице объема жидкости, хо.тя
и не зависит от ради альноrо положения элемента жидкости
в трубе, тем не менее она имеет наибольшее значение в центре
трубы, так как в этой области скорость жидкости макси..
мальна.
Дифференциальные уравнения, описывающие это неизотерми
ческое течение в круrлой трубе, можно записать довольно просто.
* в виду этоrо не рекомендуется пользоваться результатами, полученны
ми при течении по кольцевому каналу21, для определения реолоrических
CJ
своиств жидкости..
ТЕЧЕНИЕ В ТРУБАХ ПРОСТОй rЕОЛ-1ЕТРИЧЕСКОй ФормЫ СЕЧЕНИЯ 77
Известен ряд работ В ' 13, 30, 34, 110, 111, В которых эта задача мате..
матически исследована достаточно полно. Однако полученные
решения нельзя считать исчерпывающими. Так, rриrул и Еринк..
ман 13 рассматривали течение ньютоновской жидкости, пренебре--
rая ее расширением. БирдВ пытался приближенно учесть неньюто
новские свойства жидкости, но также не учел объемноrо расшире...
ния жидкости * . Т ур 110, 111 показал, .что нельзя не принимать во
внимание объемное расширение жидкости, но, так же как и Еирд,
u
предположил, что реолоrические своиства не зависят от темпера..
туры * *. Джи и Лайон 30 попытались решить более общую систему
дифферен'циальных уравнений, и после ШИрОКоrо применения чис..
ленных методов решения получили выражение, описывающее
поведение ОДноrо определенноrо полимера. Однако полученные
этими авторами результаты имеют частный характер. Авторы не
приводят никаких обобщающих таблиц, пользуясь которымц
можно было бы решать подобные задачи* * * .
в заключение можно сказать, Что, по видимому, решение,
которое использовали Джи и Лайон 3О , позволяет разработать
общий метод определения безразмерных поправок, применимый к
расчету течения большинства полимеров при самых различны
условиях переработки. Следует заметить, что нахождение подоб..
Horo рода универсальных поправок потребует выполнения очень
большоrо числа расчетов, занимающих значительное время даже
при использовании современных быстродействующих электронных
счетных машин. До тех же -пор, пока это не будет сделано, чита...
телю для ознакомления с разработанными в настоящее время ме-
тодами приближенной оценки рекомендуется обратиться к ори
rинальным статьям. Наиболее ценными с этой точки зрения яв':'
ляются взаимно дополняющие друr друrа статьи Бирда В и
Тура 11О , 111. В друrих опубликованных до настоящеrо времени
работах совершенно не учитывается влияние давления на реоло...
v
* в качестве приближения Бирд предположил, что распределение темпера.
тур в потоке жидкости, служащее основой для расче1'а профиля скоростей, co
u '
ответствует жидкости, реолоrические своиства которои не зависят от те!\'1пера
турьс '
** с этой точки зрения метод приближения, использованный Туром для
описания свойств неньютоновских жидкостей, уступает методу Бирда.
*** При выводе дифференциальных уравнений предполаrалось, что плот.
иость И коэффициент температуропроводиости постоянны. Хотя эти предполо-
жения не являются существенными оrраничениями, тем ие менее нельзя утвер"
ждать, что эти уравнения полностью учитывают изменениЯ в величине плот...
иости и теплопроводности. По.видимому, изменение плотности с температурой
входит в тот член уравнения, который учитывает расширение. Так как получен-
ные результаты сопоставлялись только с результатами экспериментальноrо
определения расхода, нельзя полностью оценить ошибок, связанных с ис-
пользованием этих допущений.
78
r Л. 1. ОС.ОБЕНI--IОСТИ ТЕЧЕНИЯ ТЕРl\r\ОПЛАСТОВ
.
u
rические своиства жидкости, хотя это влияние при тех же самых
условиях, при которых приходится учитьwать объемное расшире..
иие, может быть весьма значительным.
Практические методы определения реолоrических
.
характеристик жидкости
Характеристика стзционарноrо раЗВИRшеrося течения
Ротационные вискозиметры. Ротационные вискозиметры яв-
ляются наИ 1УЧШИМИ приборами для определения истинной зави
симости между напряжением сдвиrа и rрадиентом скорости.
Однако при расчете и моделировании течения в трубах эти дaH
ные не TaI( важны, как данные, полученные при исследовании те..
чения методом капиллярной вискозиметрии (стр. 54 'W 56). ВО всех
приборах ротационноrо типа теПJ10, выдеЛЯlощееся в реЗУJ[ьтате
внутрениеrо трения, значительно больше влияет на результаты
измерений. чем в приборах капиллярноrо типа, так как в них ис..
слсдуеl\1ая жидкость подверrается сдвиrу в течение rораздо более
ПРОДОL'lжительноrо времени. Однако в хорошо спроектированных
приборах наблюдающиеся изменения температуры незначитель..
ны. Дета.льно эта проблема обсуждается в спеllиальной лите..
р атуре16, 48, 00, 122.
Вtlскоэuмеtnр с KoaKcua./lb1iblMtl ЦU./IU1iдра/vtU. Независимо О.С
u u
Toro, какои из цилиндров вращается внутреIIНИИ или наруж..
()
ныи, напряжения сдвиrа рассчитываются l-Ia поверхности внут",
peHHero цилиндра. Величина напряжений сдвиrа на этой поверх..
ности может быть найдена из следующеrо выражения Б9 ;
2!
l 1tD l
/..
(59)
[iAe t вращающий момент на внутреннем цилиндре;
1 рабочая длина цилиндра.
Соответствующее ей значение rрадиента скорости определяется
п () уравнеНИI0 4 З, 09, 77:
4тr.N
1 1/52
1 + k 1
1
du
....
dr
1
+-
п"
1
+k2
1
2
d
+
1
п" 1
d (lп t)
(60)
А
1
n"
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕолоrИЧЕGКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
w
79
or
в уравнении (60) k 1 и k 2 постоянные прибора, равные со--
ответственно:
k 1
S2 1
252
2
1 + 3 ln s
(61)
82 1
652 ln s
(62)
k 2
у paBHeHIfe (60) справедливо для приборов , У которых веJIИЧИ"
на S 1,2 (s отношение диаметров рабочих поверхностей внеш
Hero и BHYTpeHHero цилиндро . Если величина s в уравнении
(60) превышает 1,2, то необходимо ввести дополнительные чле-
ны. При приближении величины s к единице значения rрадиента
скорост}! во всех точках жидкости стремятся к значеНИIО rрClдиен"
та скорости на стенке BHYTpeHHero цилиндра, и уравнение (60)
приводится к выражению:
(
dujdr)
.
2тrRNj R
(63)
rде R радиальный зазор между ЦИJIиндрами.
В большинстве случаев величина производной, которая вхо".
дит В уравнение (60), БЛИЗI(а к нулю и elo можно пренебречь; в
u
частности, для ЖИДКОСl еи, подчиняющихся степенному заI{ОНУ,
течения, эта производная равна нулю.
rрадиент скорости на поверХIIОСТИ BHYTpeHHero Ц1Iлиндра ви"
скозиметра, у KOToporo диаметр наружноrо цилиндра HaMHoro
больше диаметра BHY1.'peHHero (например, ротаЦИОНflЫЙ вискози..
1\lетр «Б р у'кфильд»), опредеt.ТIяется следующим выражением:
( dUfdr)i
4тcN
п"
(64)
Напряжения сдвиrа также определяются по уравнению (59).
Во всех приведенных выше случаях величина напряжений
u
сдвиrа рассчитывалась только по п,Т)ощади цилиндричеСКОIi по..
верхност.и внутреинеrо цилиндра. БО..ТIьшей частью для. учета
u
напря.жении сдвИса, возникаIОЩИХ .на торцевых поверх ностя..'\
ро"тора, Прliбор калибруется на стаtlдартных ньютоновских жидко
стях И полученные результаты lIСПОс.ТIЬЗУЮТСЯ для вычисления
поправок, КОТОРЬiМИ пользуются при определении «эквивалеН1 "
ной» длины ротора, несколько превышающей ее фактическую
длину. Применение эквивалентной длины, рассчитанной по резуль..
татам опытов с ньютоновскими жидкостями, для обработки экспе..
риментальных данных, полученных при исследовании неньютонов"
* в аналоrичном уравнении, приведенном у Мак Келви48, допущена числен
ная. ошибка, в результате которой уравнение приводится к выражению4 1t N R/ ДR..
80
rJ1, 1. ОСОБЕНliОСТii ТЕЧЕНИЯ ТЕРlv\ОПЛАСТОВ
.
.
т
.... . ....
ских жидкостеif) c fporo rоворя, нельзя СЧИ1 ать вполне обоснован
ныI.. ОДI-Iако этот метод дает очень хорошие результаты*, хотя
u U
величина эквивалентнОм длины у жидкостеи с Иliдексом течеНИ51
0,20 превышает фактическую длину ротора 74 почти на 20 %. в po
таЦИО!IНОi\1 вискозиметре 71 для исключения торцевоrо эффеI(т'а
нижний конец ротора и дно корпуса имеют коническую форму.
В приборах TaKoro ТИпа концевые эффекты полностью OTcYTc'r...
вуют, и в том случае, если зазор достаточно мал, получаются
хорошие результаты.
Ротационные вUСКОЗUАJlетры типа KOHYC " плоскость. Было
показан0 49 ,84, что если поместить жидкость в зазор f\л:ежду KOHY
сом и пло ким диском так, .чтобы центр диска касался вер..
ШИIIЫ конуса, то при их относительном вращении наХ'ОДЯЩ(lЯСЯ
в зазоре жидкость подверI ается деформации чистоrо сдвиrа и
rрадиент скорости в зазоре остае1'СЯ ПОСТОЯНIlblМ. Постоянство
величины rрадиента скорости обеспечивае'fСЯ тем, что ТО.Т1щина
слоя деформируемой жидкости увеличивается по мере удаления
от центра )1.иска. Это увеличение пропорционально о rносительной
скорости диска и конуса. У БОЛЬШIIнства BbIlIycKaeMbIX при боров
TaKoro типа ** величина уrла между конусом и диском очень мала.
Блаrодаря этому достиrается очень высокая ОДIIОрОДНОСТЬ темпе..
paTypHoro поля, и вторичное те.чеНIiе, возникающее вследствие раз..
ности в величине центробежных сил у поверх ностей конуса и
U
диска, сводится до минимальнои величины..
Напряжение сдвиrа определяется по уравнеНI1Ю:
31
2тт:R 3
,....
...
(65)
(dujdr) 2ТoN
а
(66)
rде (l величина уrла между конусом и диском, выраженная в
радианах.
Капиллярные вискозиметры. Если определить эксперименталь-
но зависимость объемноrо расхода от перепада даВJlений, то
по уравнениям (39) и (32) можно вычислить величину напр.яжений
сдвиrа и rрадиента скорости на стенке капилляра:
D p
1..
4L
...
. w
(39)
3.п' + 1
4п'
32q
.
1tDЭ
(32)
dи \
\
dr )
w
...
* По сравнению с результатами испытаиий на приборах друrоrо типа.
* * Описание ряда друrих конструкций вискозиметров типа конус пло
скость приведено в работах 41 , Б3.
ОПРЕДёJ1ЕН}lЕ РЕолоrИ'LJЕСКИХ XAPAI(TEPl-1СТИК
81
,
-
ОДllако во мноrих случаях нет никакой необходимости в переходе
..,
01' экспериментальных данных к ИСТliННОМУ виду кривои течения.
Напротив, ПОtlТ"lЬ3УЯСЬ теорией подобия, можно рассчитывать Te
чение в круrлых каналах непосредственно по экспериментальной
зависимости D p/4L от 32q/т:.D 3 .
В приборах капиллярноrо типа всеrда наблюдаются входовые
.эффекты. При исследовании расплавов ПОЛИf\леров обычный летод
исключения ВХОД,овоrо эффекта состоит в опреде r]ении зависимости
расхода от давления для капилляров различной длины. По кри-
вым зависимости перепада давлений от длины капилляра (при
постоянных значениях расхода), экстраполируя эти кривые до
"
нулевоrо перепада давлении, можно. определить величину поправ
ки и рассчитать эквивалеНТНУI0 длину.
В капиллярных вискозиметрах, так же как и в ротационных,
ЛIоrут возникать HeKo'fopble экспериментаJIьные затруднения,
связанные с разоrревом материала за счет тепла, выде.п-яющеrос.я
.Б результате внутреИllеrо трения. Однако э'rи затруднения не cy
щес'rвенны, так как большая часть выделяющеl'ОСЯ тепла отводит
ся с вытекающим материалом. Этот вопрос уже рассматривался
выше (стр. 76). Следует отметить. что величина эксперименталь
ной ошибки, обусловливаемой этим эффектом, в хорошо сконструи
рованном вискозиметре с капиллярами малоrо диаМетра значи
1"ельно меньше, чем влияние этоrо явления на течение материала
при переработке ero на шприц"машинах { в trIитьевых машинах.
Друrие приборы, применяющиеся для исследований реолоrи..
ческих свойств расплавов. Из друrих констр}'кций вискозиметров
ь U
следует упомянуть леН1'ОЧНЫИ ВИСI{озиметр, состоящии из пло
u
CKOli JIeHTbI') которая протяrивается между двумя неподвижными
C"I
пластинами и при этом увлекает полимер в зазор между лентои
. и пластинами 3 ' 39, 116.
Описана также конструкция вискозиметра, состоящеrо из
двух параллельна расположенных дисков, один из которых при
водится во вращение. Однако эта конструкция, по"видимому, не
.применяется.
Известен прибор, в котором исследуемый материа Т( помещается
.между двумя параллельными ДВИЖУll ИМИСЯ навстречу друr друrу
пластинами. Пластомеры T3Koro типа ИСПОЛЬЗ0вались rлавным
образом для исследования полимеров в области ньютоновскоrо
течения (при малых rрадиентах скорости)2 0 , 21,55.
Изуче.ние реолоrических характеристик ПОЛИмеров при
малых i и средних 1О9 rрадиентах скорости производилось также
на вискозиметре с коаксиально расположенными движущимися
в осевом направлении цилиндрами. В таких вискозиметрах испы..
тываемый материал помещается в кольцево'й зазор между двумя
ЦИ..rJиндрами. Эти приборы обладают различными особенностями,
6 Переработка термопластичных материалов
82
r Л. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНJ.IЯ ТЕР.N1ОПЛАСТОВ
.
оrраничивающими область их применения. Все они уступаю'r
обычным вискозиметрам, конструкция которых в настоящее время
разработана rораздо в большей степени.
Технолоrический КОНТРОЛЬ. Читатель может ознакомиться с
положением в этоЙ област по ранее опубликованным обзорам О9 ,108,
так как до настоящеrо времени не создано новых приборов для
определения реолоrических свойств,. которые можно было бы
использовать в повседневной производственной работе.
Процессы, протекающие во времени
ЭJlастичность. Если методы определения модуля упруrости
при сравнительно малой деформации испытуемых образцов раз
работаны достаточно хорошо, то детальные исследования упруrих
u
напряжении в Ж1IДКОСТЯХ при установившемся их течении, по
видимому, почти полностью отсутствуют. Сравнительно недавно
опубликованные работы, в которых рассматривались нормальные
напряжения, во зникающие в потоке раствора полимера, можно
Считать началом изучения этой области14, 80.
Тиксотропия и реопексия. С момента опубликования обзора
Метцнера 59 , в котором подробно рассмотрены различные методы
исследования этих явлений, в этой области не появилось ничеrо
HOBoro.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
4 вр , В
а KOHCTaH'ra
А ' площадь
А константа
вязкости;
константы в уравнении Эйринrа Пауэлла, связы
вающеrо ве 7]ИЧИНУ напряжения сдвиrа со скоростью
сдвиrа:
du 1 А
-: fl dr + в rsh
в уравнении
поверхности,
в уравнении
Ван".дер Ваальса (25);
см 2 ;
(28), имеющая размерность
du/dr
А Ер
А вр
Ь
В
имеет размерность ceK l, В CM2/KT;
константа в уравнении Ван дер..Ваальса (25);
половина расстояния между двумя параллельными
плоскостями, см;
скорость сдвиrа, ceK l;
скорость сдвиrа на стенке капилляра в капиллярном
вискозиметре;
du/dr
(dl-l / dr)w
du ' du
и
dr dr I о
.
соответственно скорости сдвиrа на
BHYTpeHHero и наружноrо цилиндров
вискозиметра;
поверхности
ротацион Horo
ОПРЕДЕ.ТIЕНI-IЕ РЕОЛОI 1'IЧЕСI<ИХ ХАРАI(ТЕРИСТИК
83
.
D
диаметр, см; D 1 И D о соответственно диаметры внут"
peHHero и наружноrо цилиндров ротационноrо ни..
скозиметра;
напряжение сдвиrа на стенке круrлой трубы или Ka
пилляра, KF /см 2 ;
энерrия активации вязкоrо течения [в уравнении
(28) ];
модуль упруrости (модуль Юнrа), KF/CM 2 ;
сила или сила СДвиrа, KF;
ускорение силы тяжести (gc 981 см/ сек 2 );
модуль сдвИrа или упруrОСТИ J кТ /см 2 ;
механический эквивалент тепла, 427 KF м/ккал;
безразмерные константы в уравнениях Криrера и
Марона, которые служат для расчета скорости сдвиr'а
по rеометрическим размерам и скорости вращения
ротора ротационноrо вискозиметра;
!J.pD
4L
Е
Е
F
gc
G
J
J . и k 2
52 1
k 1 =:-=..
252
2
1 + 3 lп s
k 2
82 1
бs 2 ]п S
к . коэффициент в степенном законе t K(du/dr)п,
KFceKn/CM 2 ;
К' коэффициент, входящий в уравнение ламинарноrо
течения по трубам с круrлым поперечным сечением
DД р К , 8V \ п' F ' , 2
't w 4L D ' к сек п jCM ;
1 эквивалентная длина ротора ротационноrо виско..
зиметра, см;
L длина, см;
n индекс течения, т. е. безразмерный показатель сте..
пени в уравнении степенноrо закона
К (du/dr)п
.
u
постоянным для определенноrо интервала измене.
u
ния напряжении сдвиrа;
n' интеrральное значение безразмерноrо показателя
u
степени п, определенное по данным капиллярном
вискозиметрии:
d (ln D!Y.p/4L)
d(lп8V/D)
n'
R4
I Л. 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕI-IИ51 ТЕРМОПЛАСТОВ
п"
. U
TaHreHc уrла наклона кривом зависимости момент
U
СКОрОС1'Ь вращения ротора, полученном на ротацион
ном. ВИСКОЗИ tетре и изображенной в лоrарифмиче
ских координатах:
11"
d (Jn t)
d (lп N)
скоростьLr вращения, об/сек;
эффективное число Рейнольдса D nJ v 2 ..... n p/r, величина
безразмерная;
р давление, кТ/см 2 [перепад даВ ТIения (уменьшение
давления) обозначается через р; уменьшение дaB
ления, i вызванное сужением ПОТОI<а, обознач'ается
через Pc; уменьшение давления, связанное с из...
I\fенением кинетической энерrии потока, обозначает
ся через PJ(E];
расход тепла в единицу времени, кка..1,,/Ч;
расход жидкости в единицу времени, см 3 /ч, С}Л 3 /)Иlil1.,
см 3 /сек:
,
расстояние в осевом (радиальном) направлеIIИИ, см;
внутренний радиус трубы, см или м;
u u
наружныи и внутреннии радиусы кольцевоrо за...
30 р а;
R универсальная rазовая постоянная, входящая в
уравнение состояния идеальноrо rаза или в уравне..
ние Ван дер..Ваальса (1,987 ккал/моль);
R' величина R, отнесенная к единице массы;
s Do/DI " величина безразмерная;
t т вращающий момент, кТем ИJIИ кТм;
t время, ч или сек;
т абсолютная температура, ОК;
и локальная скорость, или осевая компонента локаль..
ной скорости, см/сек или м/сек;
и средняя скорость, см/сек;
8U /п скорость сдвиrа на стенке трубы дЛЯ НЬЮТОНОВСI{ОЙ
жидкости (при ламинарном течении), сек..... 1 ;
V объем, с.м 3 ;
r знаменатель в выражении для эффективноrо ЧИСI-Тlа
Рейнольдса r gcK/pп/..... 1 , К2/СJvlсек'rп';
1s деформация сдвиrа) величина безразмерная;
е деформация растяжения, которой подверrается эле..
ментарный объем материала, величина безразмер..
ная'
,
символ конечноrо приращения;
N
Re'
q
q
r
R
Rt и Ro
ЛуIТЕРА T 'PJ'
85
,
. t:.&.. ...
................,. .....
радиальная координата (координата максимальной
скорости в KOI-!Iьцевом канале равна лR о ):
константа в уравнении Эйринrа ПаУЭЛJfа (21),
KF. сек/см 2 ;
u- ньютоновская вязкость , KFlceK'CJvl, или к.FIц-см , .
, Лl
.1F ньютоновская вязкость, KF. сек/ с}л 2 , или KF. сеК/;1/,2;
a эффективная вязкость неньютоновской жидкости, рас..
u
считаНН,ая ПР}I неКОТОРО1\1 опреде.л:ении напряжеI1ИИ
.СДВИI'а
1:
tL a
du/dr
tLd диффереI-lциальная
"
вязкость неньютоновскои жидкости:
d1:
du
d dr
.
f1d
т. е. TaHreHC уrла наклона криво'fI ::..f(dll/dr) [1РуI
u
определенном значеlIИИ напряжении сдвиrа;
Т=i '-'внутреIIнее давление, KF/C/y(,2;
р плотность, 2/СМ 3 ;
напряжение, или напряжение сдвиrа 't p// , KF/CJt 2 ;
't o или 't w соответственно напряжеrIие сдвиrа на стенке Kpyr...
лой трубы или капилляра;
а .. .напряжение сдвиrа на поверхности BHYTpeHHero
цилиндра potaI-Lионноrо вискозиметра;
т.т нормальное напряжение, KF /см 2 ;
w константа в уравнении В ан--дер--В аальса, c/J1. 3 / с.
ЛИТЕРАТУРА
1. А 1 f r е у 1' , Jr. t Месhапiсаl Behavior of High Polyrners, New York,.
Iпtеrsсiепсе Publishers, Inc., 1948.
2. Alves G. Е., Boucher D. F., Pigford R. L.t Chern. Eng
Progr., 48, 385 (1952). .
3. А s Ь е с k w. 1(., V а n L о о М., Iпd. Eng. Chern., 46, 1291 (1954).
4. В а g 1 е у Е. В., J. Appl. Phys., 28, 624 (1957).
5. В е r g е п J . Т . , Р а t t е r s о п W. , J r ., J. Ар р 1. Р h ys., 24,' 712
(1953).
6. В е s t u 1 А. Р., В е 1 с h е r Н. У. , J. Appl. Phys., 24, 696 (1953).
7. Beyer С. Е., Tows1ey F. Е., J. Colloid Sci., 7, 236 (1952).
8. В i r d R. В., SPE Journa1, 11, N2 7,35 (1955).
9. В оп d i А., J. Appl. Phys., 16,539 (1945).
10. В о У е r R. Р., S реп с е r R. S., J. Appl. Phys., 15, 398 (1944).
1.1. В r i d g rn а пР. W., The Physics of High Pressl1re, London, George
Ве11а. Sons, Ltd l , 1949.
12. В r i d g rn а п Р. W., J. C0110id Sci., 7, 202 (1952).
13. В r i п k rn а п Н. с., Арр1. Soc. Res., А2, 120 (1951).
86
r .п. 1. ОСОБЕННОСТl.I ТЕЧЕI-IИЯ ТЕР;V\ОП./I./\СТОВ
.
..
_д,.
.....................
14 . в r о d п у а п J. G. , G а s k i n s F . Н . , Р h i 1 i р р о f f W., Т r а ns .
Soc. РЬеО[.1 1, 109 (1957).
15. Сhristiапsеп Е. В., Ryan N. W., Stevens W. Е.,
А. 1. Ch. Е. Journa1 1,544 (1955).
16. С о 1 w е 11 R. Е., SPE Journa1, 11, NQ 7,24 (1955).
17. daC. Апdrаdе Е. N., Endeavour, 13,117 (1954).
18. D а v i е s R. о., J о n е s о. о., Proc. Roy. Soc. (London), А217,
26 (1953).
19. О е х t е r F. О., J. Арр1. Phys., 25, 1124 (1954).
20. О i е п е s а. J., J. Colloid Sci., 4, 257 (1949).
21. D i е п е s G. J., К1 е m rn Н. F., J. Арр1. Phys., 17,458 (1946).
22. D о d g е D. W., РЬ. D. thesis in chemical engineering, University of De-
laware, Newark, 1957..
23. О о d g е D. W.) М е t z n'e r А. В., Paper presented at the ChiIcago
А. 1. Ch. Е. Мееtiпg, December, 1957.
24. Е i r i с h F. R., Rhe010gy, уоl. 1, сЬар. 1, New York, Academic Press,
Inc., 1956.
25. Ferre11 J. К.) Richardson Р. М., Beatty К. С., Jr.,
Ind. Епg. Chem., 47, 29 (1955).
,'26. Fox Т. G., Jr.., F10ry Р. J., J. Аррl. Phys., 21, 581 (1950).
27. Frеdriсksоп А. G., Bird R. В., Iпd.Епg.Сhеm.,50,347(1958).
,28. Garner F. Н.) Nissan А.. Н., Nature,158,634(1946).
,29. Garner F. Н., Nissап А. Н., Wood G. F., Phi11. Тrапs. Roy.
Soc. Lопdоп, А234, 37 (1950).
30. G е е R. Е., L у о n J. В., Ind. Eng. СЬеm., 49, 956 (1957).
31. G 1 а s s t о n е S , Textbook of Physica1 Chernistry, 2nd ed., Рriпсеtоп,
N. J., D. Van Nоstrапd Соmрапу, Inc., 1946.
32. G r е е п Н., Industria1 Rheology а. Rheologica1 Structures. New У ork,
John Wiley а. Sопs, Iпс., 1949.
33. Greensmith Н. W., Rivili11 R. 5., Phil. Trans. Roy. 50С.
London, А245, 399 (1953).
34. Grigu11 V., Chern. Ing. Tech., 27, 480 (1955).,
35. G r u п Ь е r g L., Рrосееdiпgs of the 2nd 1 пtеrпаtiопа1 Congress оп Rheo..
1ogy, Наrrisоп, V. G. Е. (ed.), New York, Academic Press, lnc., and. Lоп-
dоп, Butterworth а. Со. Publishers, Ltd., 1954, р. 437.
36. Н е r m а n s J. J ., Flow Properties of Disperse Systerns, Amsterdam,
North Ноl1апd Publishing Соmрапу, 1953.
37. Н е r s е у М. О., Н о р k i n s R. F., Viscometry of Lubricants Uпdеr
Pressure, New York, Аm. Soc. МесЬ. Епgrеs., 1954.
38. Н о р k i n s 1. L., J. Арр[. Phys., 24, 1300 (1953).
39. Н u 11 Н. Н., J. Col1oid Sci., 7,316 (1952).
40. К е е f е R., L., Jr., М. СЬ. Е. thesis, University of Delaware, Newark,
1958.
41. К е р е s М., ,J. Polymer Sci., 22, 409 (1956).
42. К о v а с s А. J ., 1 пdustriе des Р lasti ques Мо dernes (Paris), val. 7 (1955);
Issue 1, Р р. 30 34; 2, рр. 39, 41, 43, 45; 3, р р. 36 40; 6, р р. 41 45; 7,
рр. 44 48; 8, рр. 41 45; 9, рр. 37, 38; уо1. 8 (1956); Issue 1, рр.37 43;
2, рр. 38, 41 46.
43. К r i е g е r 1. М., М а r о п 5. Н., J. Appl. Phys., 25, 72 (1954).
44. L а i r d W. М., Ind. Eng. СЬеш., 49, 138 (1957).
45. L е w i s W. К., S q u i r е s L., В r о u g h t о п а., Industrial Cbe
mistry of Colloidal and Amorphous Materia1s, New York, The Mac Mi1lan
Сошраnу, 1942.
46. М с А d а m s W. Н., Heat Transrnission, 3rd ed., New York, McGraw-
Hil1 Book Соmрапу, Inc., 1954.
47. М а с k С., J. Polymer Sci., ,13, 279 (1954). .
JJ11TEPA ТУРА
87
,
48. М с К е 1 v е у J. М., G а v i s J., S m i t h Т. G., SPE J OUl.na1, 13,.
NQ 9, 29 (1957).
49. М с К е п п е 1 1 R.,
Rheology, У. G. W.
50. М с К е n n е 1 1 R . ,
(1956).
51. МсМt11еп Е. L., Cbeт Епg. Progr., 44,537 (1948).
52. М а r k о v i t z Н., Тrапs. Soc. Rheol., 1, 37 (1957).
53.Markovitz Н., Elyasll L. J., Padden F. J., Jr., Dc
W i t t Т . W. , J. С о 11 о i d Sc i ., 1 О, 165 (1955).
54. Marko'vitz Н., Wil1iamson R. В., Trans. Soc. Rheo1., 1,
25 (1957).
55. М а r s h а 11 о. 1., Ind. Eng. СЬет., 45, 2748 (1953). .
56. М а х w е 11 В., J u n g A , Моdеrп Plastics, 35, N!! 3, 174 (1957).
57.. М а х w е 1 1 B 1 М а t s u о k а S., SPE Journal, 13, N2 2, 27 (1957).
58. М е t z п е r А. В., СЬеm.. Eng. Progr., 50, 27 (1954).
59. М е t z n е r ,М. В., Non Newtoniarl Techno10gy Fluid Mechanics, Mi..
хiпg апd Heat Transfer in Advances in Chemica1 Епgiпееriпg, vo1. 1,
Т. В. Drew а. J. W. Hoopes, Jr. (eds), New York, Academic Press, Iпс.,
1956.
60. М е t z n е r А. В., Ind. Eng. Chem., 49, 1429 (1957).
61. М е t z tl е r А. В., Paper рrеsепtеd at the 1957 Аппuа1 1ееtiпg of t1re
Society of R heol0gy. .
. 62. М е t z n е r А. В., О t t о R. Е., А. 1. СЬ. Е. JournaI, 3, 3 (1957).
63. М е t z n е r А. В., R е е d J. С., А. 1. Ch. Е. Journal, 1,434 (1955).
64. М е t z n е r А. В., W h i t 1 о с k М., Paper presented at the 1957 meeting
of the Society of Rheo10gy.
65. М о о п е у М., J. Rheol., 2, 210 (1931).
66. М о о n е у М., Colloid Sci., 6, 96 (1951).
67. Моо пеу М., J. Аррl. Phys., 24, 675 (1953).
68. М"ооnеу М., rl.ans. Soc. RheoI., 1,63 (1957).
69. М о о n е у М., В 1 а с k S. А., J. Colloid Sci., 7, 204 (1952)
70. М о о n е у М., В 1 а с k S. А., RubberChem. а. ТесЬпо1., 26, 311 (1953).
71. М о о n е у М., Е \У а r t R. Н., Physics (J. Аррl. Phys.), 5,350 (1934).
72. N а s о n Н. К., J. Аррl. Phys., 16,338 (1945).
73. N о 11 W., J. Rational Mecll. а. Anal., 4, 3 (1955).
74. О t t о R. Е., Ph. D. thesis in cIJemicaI епgiпееriпg, University of De1a
ware, Newark, 1957.
75. Р а d d е n F. J., О е W i t t 'Т. W., J. Аррl. Phys., 25, 1086 (1954).
76. Р а о, У о b H а п, J. Аррl. Phys., 28, 591 (1957).
77 . Р а \V 1 о w s k i J . , к. о 11 о i d . z . , 130, 129 ( 1 953) .
. 78. Р h i 1 i Р Р о f f W., Report of Symposium VII, Incendiary Gels апd Theil.
Iпstrumепtаtiоп, 27 and 28 June, 1955, chemical Corps Chemical апd Ra
dio10gical Laboratories, i\rmy Chemica1 Center, Маrуlапd.
79. Р h i 1 i Р Р о f f W., J. Аррl. Phys., 27, 984 (1956)
80. Р h i 1 i р р о f f W., Trans. Soc. Rheol., 1,95 (1957).
81. Phi1ippoff W. а. Gaskins F. Н., J Polymer Sci., 21, 2UБ
(1956).
82. Р i 1 Р е 1 N., Trans. Faraday Soc., 50, 1369 (1954).
83. Р i 1 р е 1 N., Trans. Faraday Soc., 51, 1307 (1955).
84. Р i Р е r G. Н. , S с о t t J . R. , J. Sci. 1 ns tr., 22, 206 (1945).
85. Р о 11 е t t w. F. о., Proceedings of the 2nd Iпtеrпаtiопаl Congress оп
Rheology, У. G. W. Harrison (ed.), 1954, р. 85.
86. Р о w е 11 R. Е., Е у r i п g Н., Nature, 154,. 427 (1944).
87. Р r а ger W., Finite Plastic Deformation in Rheo10gy, va!. 1, F R. Ei..
rich (ed.), New York, Academic Press, Inc., 1956.
Proceedings of, the 2nd International Congress оп
Harrison (ed.), 1954, р. 350.
К. о 11 о i d Z. , 145, 114 (1956); А па 1. С h е m., 28 , 1 7 1 О
88
r Jl. I ОСОБЕННОСТI1 ТЕtlЕНИЯ ТЕРА\()ПJIАСТОВ
.................
..................................
88. R а t) i n о \\' i t s с h В., Z. physik. Chem., A145 1 (1929).
89. R е е Т., Е У r j n g Н., J. i\ppl. Phys., 26, 793, 801 (1955). See a1so
Report of Symposium VII, Incendiary GeIs and Thejr lпstrumепtаtiоп,
27 а. 27 June, 1955, Chemica1 corps Chemical а. Radiologica1 Laborato
ries, Army Chemica1 Cent,er, Mary1and.
'90. R е i n е r М., Deformation and Flo\\r, London, Н. К. Lewis а. Со., 1949.
91. R е j n е r М., Bu11. Research Council Israe1, 2, 65 (1952).
92. R е i n е r М., Рhепоmепо10giсаl Macrorheology, in Rhea10gy, vol. I,
F. R. Eirich (ed.), New York, Academjc Press, Iп., 1956.
93. R i с h а r d s о Т1 R. J., The Flow of \V ood Риlр S1 urries, Sc. D. thesjs
in chelnica1 engineering, М. 1. Т., Cambri dge, Mass. t 1954.
.94. R i g g s L. С., В. Ch. Е. thesis, University of Delaware, Newark, 1956.
95. R i v 1 i n R. S., Proc. Roy. Soc. (Lопdоп), А193, 260 (1948).
96. R i v 1 i n R. S. , Trans. Faraday Soc., 45, 739 (1949).
97. R i v 1 i п R. S., Е r i с k s е n J. L., J. Rаtiопаl Mech. а. Аnа1., 4,
323 (1955).
-98. R о ь е r t s J. Е., Proceedings of the 2nd In ternationa1 Congress оп
Rhe010gy, У. о. W. Harrison (ed.), New York, Academic Press, Iпс., and
Londan, Butterworth а. Со. Publishers, Ltd., 1954, р. 91.
99. S с h п е 1 1 Е., J. AppI. Phys., 27, 1149 (1956).
]00. S е v е r s Е. Т., Ph. D. thesis in chemica1 епgiпееriпg. Unjversity af
De1aware, N ewark, 1950.
101. 5 m i t h Т. L., J. Polymer Sci., 14, 37 (1954).
.102. S реп с е r R. S., J. Polymer 5ci., 5,591 (1950).
103. S реп с е r R. S., Proceedings of the 2nd Iпtеrпаtiопаl COllgress оп
Rhe010gy, У. G. W. Наl rjsоп (ed.), 1954, р. 21.
104. 5 реп с е r R. 5., В а у е r R. F., J. Арр1. Phys., 17,398 (1946).
1 05. S реп с е r R. 5. , D j 1 1 о п R. Е. , J. C0110i d Sc i., 4, 241 (1949).
106. S реп с е r R. S., G i 1 т о r е о. о., J. Арр1. Phys., 20, 502 (1949)
21 t 523 ( 1 950).
107. S t е v е п s W. Е., Abstract of Ph. D. thesis in chemical епgiпее[iпg,
University af Utah, Salt Lake City, 1953.
108. Т h о т а s В. W., Ind. Епg. Chem., 45, Ng 6, 87А (1953).
109. Т о 11 е n а а r о., В i s s с h о р М. С., J. Col10jd Sci., 10, 151 (1955).
110. Т а о r Н. L., Ind. Eng. СЬет., 48, 922 (1956).
111. Т а а r Н. L. , Тrапs. Soc. Rhe01., 1, 177 (1957).
i 12. Т о а r Н. L., Е а g 1 е t о n S. D., J. Арр1. Chem. (LОI1dоп), 3, з51
( 1953). .
113. Т а r d е 1 1 а J. Р . , J. Ар р 1. Р h у s., 27, 454 (1956).
114. Т о r d е 11 а J. Р., SPE Journa1, 12, N 8,36 (1957).
115. Т а r d е 11 а J. Р., Тrапs. Soc. Rhe01., 1, 203 (1957).
116. Wachhaltz F., Asbeck W. 1(., 1(o110id Z., 93,280 (1940).
117. Weber N., Bauer W. Н., Report оу Symposium VII Incendjary
Ge1s апd Their Iпstruтепtаtiоп, 27 а. 28 June, 1955, Chemjca1 Corps Chemi
са1 апd Radio1ogical Laboratories, Army Chemjca1 Center, Maryland.
11.8. W е i r с. Е., J. Res. Nat1. Ви1. Stand., 53, 245 (1954).
t 19. W е i s s е n Ь е r g К., Сапfеrепсе British Rhe01ogjsts' СlиЬ, London, 1946.
120. W е i s s е n Ь е r g К., Nature, 159, 310 (1947).
121. W е i s s е n Ь е r g К., Proceedings of the 1st (1948) lпtеrпаtiаnа1 Rheo-
1ogica1 Сопgrеss, Amsterdam, North Ho11and Рublishjпg Сатрапу, 1949,
р. 29.
"122. W е 1 t т а n n R. N., 1( u h n s Р. W., J. collojd Sci., 7,218 (1952).
123. W е r n е r А. С., Маdеrп P1astics, 34, NQ 6, 137 (1957).
124. W е s t а v е r R. Р., М а х w е 11 В., SPE Jaurnal, 13, Nq 8,27 (1957).
125. W h i t 1 а с k М., Flow Behavior of Сопсепtrаtеd Susреnsiапs, М. Ch. E
thesis, University af De1aware, Newark, 1957.
r Л(lва //
ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧД*
При перерабо.тке термоплаСТИЧIIЫХ материалов происходит'
превращение одной формы энерrии в друrую. Практический инте .
рес представ.,ТIЯЮТ прежде Bcero процессы превращения Э.пектриче.
U Q
скоп И механическом энерrии в тепловую, а также скорость тепло
передачи. .
Классическая термодинамика основывается на двух основных
законах. Эти законы нося r общий характер, так как при их BЫ
воде не принимались во внимание структура материала и Mexa
низм процесса_ Пользуясь этими положениями термодинамики,
можно вычислить энерrию, потребляемую во время процес ..
са (в ВИДе тепла и механической работь[). Однако на прак .
тике для ПОНИlVlания процесса недостаточно знать суммарную Be
личину потребляемой энерrии. Очень важно иметь представле..
ние о скорости ero протекания,. Эту сторону процесса изучает
наука о теплопередаче. ТермодинаМТiка и теплопередача допол
няют друr друrа. На основе термодинамических расчетов COCTaB
ляют тепловой баланс, используя законы теплопередачи определяют-
u
скорость, с которои тепло подводится к системе или отводится от нее.
В этой rлаве рассматриваются лишь те положения, которые.
имеют непосредственное отношение к переработке термопластичных
материалов. Более полные сведения по этому вопросу можно
найти в дополнительной литературе 4 , 5, 11 13, 15.
При расчетах по уравнениям и формулам, приведенным в'
этой rлаве, можно fIользоваться любой системой единиц.
LLля мноrих примеров в этой rлаве использовалась метриче
ская система как наиболее удобная Д"r]Я расчетов. В конце rлавы
объясняются приняты е обозначения, причем их размерность
приводится в метрической системе единиц. Все механические еди..
ницы даны в системе CGS, в КО'l орой еДИIIицей энерrии служит.
эрr. Для теП.Jl0ВЫХ величин единицей эиерrии является калория.
Если в уравнение одновременно входят величины механической
и тепловой энерrИII, они должны быть приведены в одной системе.
Электрические величины применяются в практических еДИI!ицах.
* д. М. М а к-К е л в и (J. М. Мс Kelvey, Ph. D. Departnlen t of Chemica .
Епgiпееring, Washington Uпivеrsitу).
90
rл. 1Т. ТЕР.\\ОД1--fНА"1.ИКА 1--1 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
. J""""""". ..................
...
Термодинамика и теплофизические расчеты
Термодинамические функции .
Термодинамика изучает обмен энерrии между Системой и окру.
u u
жающеи сре.дои при переходе из одноrо paBlioBecHoro состояния
в ,друrое. Свойства Системы однозначно определяют равновесное
состояние. Поэтому изменение ее свойств при переходе из одноrо
paBHoBecHoro состояния в друrое совершенно не зависит от' пути
ПРО1'екания процесса. С друrой стороны, такие термодинамические
функции, как тепло И работа, не являются свойствами системы,
и для данноrо процесс а их величина зависит от пути ero протека..
ния. Поэтому эти функции часто называют функциями пути про..
цесса. Термодинамика изучает как' изменеНI!е свойств сис,темы,
так и функций пути при переходе системы из одноrо равновесно..
ro состояния в друrое. В термодинамике широко применяется
понятие об обратимом процессе при котором система проходит
через бесконечное число равновесных состояний. Это понятие да..
ет возможность определять для различных процессов предельные
значения тепла и работы, а также изменение свойств системы.
Первое начало термодинамики выражает закон сохранения
энерrии:
dE dQ dW
(1)
.rде Е внутренняя энерrия, являющаяс-я характеристикой си-
стемы;
Q количество тепла, переданное системе или отведенное
от нее, являющееся функцией пути;
W величина работы, совершаемая системой И,}IИ внешними
.,.
силами, воздеиствующими на систему.
Считается, что тепло подводится к системе из окружающей
среды, а система, воздействуя на среду, С9вершает работу, вели..
"чина которой ПОЛОЖительна. На основе этоrо закона проводятся
'мноrие теплофизические расчеты.
Все характеристич.еские свойства, например внутренняя энерrия,
выражаются в единицах энерrии, отнесенных к единице массы
(каЛОРИI1 на rpaMM). Аналоrично функции пути выражаIОТСЯ от..
u
-НОСИ1'е,,Т'lЬНО единицы массы в принятои системе единиц.
В уравнения, содержащие члены, выражающие механическую
}1 тепловую' энерrию, часто вводят переводной коэффициент tl, 'на..
.зываемый мехаНИческим эквивалентом тепла. Тоrда уравнение (1)
мо}кно 11ереписать в виде:
dE
dQ
1
j
dW
(2)
.
ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
91
Однако в данной rлаве этот переводной коэффициент' не ВВОДИ1СЯ
в теr)модинаrлические уравнения, поскольку предполаrае1'СЯ, ЧТО
при расчетах все величины выражаются в одинаковых единицах
работы.
ПреОДОJlевая сопротивлеНуIе внешних сил, систеldа совершает
работу. Р ае.см'атривая TOJlbKO мех аниtlескую работу, совершаемую
при расширении JiЛИ сжатии. матеруIала, для обраТrIМОro процесеа
можно записать:
dW Pdv
(3)
rде Р давление;
v удельный объем материала.
Величины Р и v ЯВ Т'Iяются характеристиками системы.
Давление, температуру и объем можно замерять непосредст---
венно. Друrие свойства системы, такие, как внутренняя энерrия,
энта.1IЬПИЯ, теПJlоемкость, сжимаемость и коэффициент объемноrо
расширения, можно определить при ПОМОЩуI термодинамических
уравнений из соотношения Р1 1 Т и калоримеl'риче.ских данных.
ЭнтаJJЬПJIЯ определяется по уравненИЮ
Е! Е + Pv
(4)
которое может быть записано в диффереН[lиальной форме:
dH dE + Pdv + vdP
Использ уя уравнени я (1), (3) и (5), пол УЧ аем:
dH dQ + vdP
(5)
. (6)
Теплоемкость при ПОСТОЯНIIО f давлеНrIИ опредсляется по
ур авнению
С р
дН \
д1' ) р
(7)
.
Из уравнений (6) и (7) СJlедуе.т, что, (ели процесс протекаеl
при постоянном давлении
dQ dH === cpdT
(8).'
Поэтому при ПОСТОЯI-iНОМ давлении количество тепла, подводимое-
к системе или отводимое от нес, равно изменению энтальпии си..
c1TeMbI. Эта веЛИЧИlfа может быть вычислена, если известна вели-
ЧИl-J3 Ср.
Теrlлоемкость 11рИ постоянном объеме определяется по урав...
н ен и 10
C l )
r) E .
с
дТ
(9)
[J
92
rл. 1[. ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
..
Из уравнений (1), (3), (9) следует, что для процесса, проте-
кающеrо при постоянном объеме
dQ dE cudT
( 10)
Поэтому при ПОС'fОЯННОМ объеме количество тепла, ПОДведенноrо
u
К систе е или отведенноrо от нее, равно изменению внутреннеи
энерrии сис.темы и может быть вычислено, если известна величи
на C V .
Соотношение между теП.ТIоемкостями при постоянном объеме
и давлении можно записать следующим образом:
Си С р
Tk 2
p
(11 )
тде k ' коэффициент объемноrо расширения;
сжимаемость.
Сжимаемость определяется по уравнению
..
1
av
..........
дР
(12)
v
т
Поскольку удельный объем является величиной обратной плот-
ности, уравнеН,ие (12) можно записать в виде:
1
р
др
дР
(13)
т
Коэффициент объемноrо расширения определяется по урав..
мению
k
1
v
дv
дТ р
1
р
.............
др
дТ р
(14)
11з уравнений (12) и (14) можно определить В.;1ияние темпера...
туры и давления на объем материала. Уравнения, ,связывающие
между собой температуру, давлеf{ие и объем, называют термо--
динамическцми уравнениями состояния. Для rазов предложено
u
очень MHoro уравнении состояния, в то время как для жидко--
u u
стеи и "rвердых тел таких уравнении известно сравнительно ма..
J10. Спенсер и rилмор17 на основе уравнения Ван дер--Ваальса
вывели формулу, которая блаrодаря своей простоте представ--
u
..ТIяет значительныи интерес:
(Р + 7!l) (v
w)
.
R'T
( 15)
rде 7!t, ш и R I эмпирические константы.
ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
93
..d.I.tOi!I 1.
......
.d.
Прu.мер 1. При атмосферном давлении н темпе.ратурах выше 1200 удель
.НЫЙ объем полиэтилена приближенно можио определить по уравнению
v == 0,900 + 0,ОО089Т (16)
тде v удельный объем. СМ 3 /с;
т температ}wра, 01<.
Величины р и k при атмосферном давлении и 200 ос определяются по ypaB
lIению:
1 1
р ==: и """" Ь.900 -+- (Ot00089)f473) == 0,757 2/СМ3
Дифференцирование I уравнения (16) получают:
av
..
дТ
== О, 00089
р
Из уравнения (14) rvlОЖНО найти k:
1
av
дТ
== О t 757. О t 00089 О, 000675 2paд 1
р
k
v
Прu.мер 2. По данным Паркеа и Ричардса l4 , СЖИ lаемость расплава По-
.1иэтилена при раЗЛИЧНbIХ температурах равна:
Т. ОС . . . . . . . .
· 103, ап1М 1. . . .
. .
120
0,088
140
О, ] 02
160
О i 19
,
Считая, что при данной температуре величина в диапазоне давлений 1
100 аmм постоянна, определить увеличение плотности расплава полиэтилена
при 140 ос, в том же интервале давлений. Расчет проводят по уравнению (13),
.которое в ннтеrральной фОр!\fе (при постоянной температуре) можно записать
следующим образом:
Р2
dP ==
ра
dp
р
Рl Рl
Полаrая, что постоянная, ПОС Тfе интеrрирования получают
Р2 === e P
Рl
rде ДР===(Р2 . Рl)==100 1===99 атм и ==0,102.10 3 amM l
от к \,:" д а ' р 2 == е О , 0101== 1 01
J Рl ' ·
Таким образом, плотность полиэтилена увеличивается на 1 %.
Прu.мер 3. Величина ер (в кал/с. ОС) дЛЯ расплава полиэтилена при давлении
1 ат.м, достаточно точно определяется по уравнению 8
С р =::: а + ЬТ
(17)
.rде Т абсолютная температура, ОК;
а 0,277;
Ь==0,000807.
94
rл. 11. ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
'1
"
Следует вычислить, на какую величину увеличивается энтальпия расплапа
полиэтилеиа при наrревании от 150 до 250 ос, если давление равняется 1 aпl/r'.
Подставив уравнение (17) в уравнение (8)
Т2 Т2
"
дH
CpdT:::= (а + bT)dT
Тl Тl
после интеrрирования получают:
H == ДТ а +
ь \
2 (Т 1 + T })
( 18)
rде
T =::; (Tz Т 1 ) == 1000
и
(T 1 + Т 2 ) ::= 423 + 523 == 9460
По уравнению (18) вычисляют измеиеиие энтальпии:
АН == 65,9 кйлjz
При.мер 4. По даниым Спенсера и rилмора 17 уравнение (15) применимо
к полнэтилену при следующеl\-f значении констант:
см. кТ
R ' === 3 О ,
, ё. ок
w :=: О, 875 см 3 j ё
1t i ===. 3320 Kr I см 2
Следует вычислить k и при 120 ос и давлении 1 атм и сравнить полученные
веЛИ 1 fИНЫ с даннымн примеров 1 и 2..
Решаем уравнение (15) относительно v:
R'T
V == (j) + (Р + п;) (19)
и находим частные nроизводные:
дv R'
-
дТ р (Р + пЕ)
av R1T
дР т (Р + 7ti)2
(20)
(21 )
Подставив выражения (19) и (20) в уравнение (14)
1 I дv 1
k '=" v д T р:::::;:С т ' + (ш/ R') (Р + 7ti)
(22)
н выражения (19) и (21) в уравнение (12), ПОL1УЧИl\-f:
1
дv
дР
]
т ( Р + пЁ) + ( )/R'T) (Р +- 7ti)2
(23)
==
v
ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОФИЗИЧЕС ИЕ РАСЧЕТЫ
95
...
.......
При 393 ок (120 ОС) и давлении 1 атм величина k, вычисленная по ypaBHe
нию (22) I равна:
k == О, 735. 1 o q 2paд l
'Т. е. приблизительно на 9% больше величины, полученной в примере 1.
При тех же условиях вычисленная по уравнению (23) величина (3===
::::::0,089.10 З aтM l, что приБЛИЗНlельно на 1 % выше, чем в примере 2.
Пример б. Какова величина работы, соверш'аемой при сжатии 1 1{.с по-
,спиэтилена С температурой 140 ос при нзменении давления от 1 до 1000 атм. (пред-
полаrается, что сжатие осущеСlвляется при изотермических условиях и являет
ся обр атимым)? Какова потребляемая мощность, еслн продолжительность сжа
тия равна двум секундам? '
Работа обратимоrо процесса определяется по уравнению (3):
dW == Pdv
(3)
Для Toro чтобы найти соотношение между Р и v, следует проинтеrрировать
-уравнеиие (12), считая коэффициент постоянным;
dv
dP + с
(24)
...........
v
r де С постоянная интеrрироваНfIЯ, которая определяется из условия V V Ot
при Р==О.
Тоrда
ЭР
v == voe 1
(25)
в результате диффереицирования уравнения (25) зависимость dv от Р прини-
1\rI ает вид:
dv ::::::: vo e .......JSP d Р
(26)
тде vo . удельный объем при нулевом давлении и 140 ОС. Подставив уравнение
(26) в ур авнение (3), находят d W:
dW ====
vu Pe P dP
(27)
Интеrрируя уравнение (27) в пределах от 1 до 1000 атм, получают вели..
'чину работы, затраченной на сжатие полиэтилена.
Вычисления' несколько упрощаются, если в качестве нижнеrо предела ис..
пользовать не 1 атм, а нулевое давление (получаемая при этом ошибка неве-
- 1ика). В результате уравнение (27) принимает вид:
1
W == V(} (e fJP2 + 1) + P2e f3P2
(28)
Величину v o принимают равной 1,29 CM 3 /Z, а величину равной 1 0 4 aтм. l.
По уравнению (28) находят величину работы сжатия:
w == 57, 1 см 3 . атм(ч
'Знак М11НУС показывает, что работу совершают внешиие силы, nрИЛОiкенные
к системе (полиэтилену). Посколы(у масса сжимаемоrо материала равняется
J KZ (10002), полная работа сжатия равняется 57 100 см 3 -атм, или 5760 джоулей.
96
r Л. 11. ТЕРi\10ДИНАМИК .\ 1:-1 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
.
Потребляемая мощность определяется по скорости процесса. Если ПРО"
цесс продолжался в течение 2 сек при постоянной скорости, ТО мощность paB
няется 2880 дж/сек, или 2,88 квт.
Реальные процессы не являются полностью оБРаТИf\IЫМИ. Работа, вычис"
ленная для обраТИ!\10rо nроцесса, представляет со'ба й теоретически МИНИf\tал"
ную величину.. Любое отклонеиие от состояния равновесия увеличивает затра--
чивае!\tУЮ работу,
(Еа, jl{z7 Ра, 7{z)
Полный энерrетический баланс процесса течения
Рассмотрим установившееся течение жидкости, при которо л
происходит передача тепла и совершается ме-ханическая работа.
ЭнерrеТ1Jческий баланс связывает изменения скорости жидкости
u
пьезометрическои высоты, давления и температуры с количеСТВОl\rI
11ередаваемоrо те,пла и совершаемой работы.
Рассматриваемый участок потока расположен между точками
а и б (рис. 2,1); на этом участке не происходит накопления массы
или энерrии. 'raK как предполаrается, что течение нос.ит уста..
новившийся характер. ПОС"f)Т"
пающая в систему в точке а
жидкость (J-Ia высоте Za) имеет
следующие параметры: скорость
И а , удельны"й объем V a , темпе..
ратуру Та И давление Р а. Пусть
количество тепла, переданное
единице !\lассы жидкости, paB
няется Q, а работа, совершен..
\)
ная еДИНИI.lеи массы жидкости,
составляет W. ЖИДКОС'fЬ на
выходе из системы в точке Ь
(п"ьезометрическая высота Ze)
"
Рис. 2,1. Схематическое изображение имеет скорость ив, удельныи
процесса течения. для установивше объем ()Н' температуру Т в И дав"
rося потока.. И Р
81Т'leH е В.
Соrласно закону сохранения энерrии величина энерrии по
u
ступающеи }t(идкости плюс переданная жидкости тепловая энер
ь
rI1Я должны равняться ЭI!ерrии жидкости, выходящеи из системы,
плюс совершаемая жидкостью работа. При этом СJlедует имеТI"
в виду, что наряду с внутренней энерrией поток обладает потен
u u " u u
циальнои энерrиеи положения и кинетическои энерrиеи ДВliже
ния. Поэтому уравнение " энерrетическоrо баланса можно заПJ
сать следующим образом:
Еа + (КЕ)а + (РЕ)а + Q
rде (К Е) кинетическая энерrия и (Р Е) потеНllиаЛЫfая энерrия.
у paBF-lение (29) lОЖНО предстаВИТI) также в друrой форме.
Ze
Q
(Ее, "8 Р6.16)
Za
а
tJ
.
Ев + (КЕ)в (РЕ)в + W
(29)
дЕ + 6.(РЕ) 6.(КЕ) ==:: Q
rw
(30)
ТЕРМОДИНАМИ А И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
97
....
Изменение потенциальной энерrии при увеличении пьезометри--
u
qескои высоты равно:
(PE) g Z g (Z8 Za)
(31 )
rде g ускорение силы тяжести.
Изменение кинетической энерrии при увеличении с'кОрости
течения жидкости от и й до ив определяется по уравнени}()
Д(КЕ) b и2 k (и; и )
. (32)
rде k коэффициент, зависящий от ,распределения скорости жид..
кости по сечению трубы. Для Пtr10скоrо профиля (течение стерж..
HeBoro Тlfпа) k .. O,5, а для параболическоrо профи.ля (ламинарное
rrечение ньютоновской жидкости) k. 1., . '
Рассмотрим теперь работу, совершаемую жидкостью и дейст-
вующими на нее внешними силами. Для передачи жидкости меха..
U u
ническои энерrии можно ИСПО&l'1ьзовать насос, а для отвода этои
энерrии турбину. В обоих случаях совершаемая работа назы...
'вается работой пр ивода и обозначается W S.
Поскольку для Toro чтобы ввести жидкость в систему, в точке
а нужно совер:шить работу, тоrда как выходяща.я из системы в
точке в жидко'сть сама соверша'е1' работу, необходимо 'УЧ,и .ывать
1'ак называемую работу потока. Можно. показаТЬ t что"р'абота по-
тока в точке а равна ( Pv)-a', а в точке в равна (Р'О)8. Таким обра--
зом, уравнение полноrо энерrетическоrо баланса можно записать
в следующем виде: ::
E + g Z + k и2 + (Pи)
. Q w
. . s
,
(33)
Подставив в это уравнение соотношение между ВН1'тренней
энерrией и энтальпией r ураВllение (4) J, получаеi\i:.. .!", ' ,'," '. :
H+k u2+g Z Q W s
'(34)
Каждый член уравнения энерrетическоrо баланса. должен, .быть
выражен в одинаковых единицах энерrии, отнесенных к еДИНИце
массы (например, в' ка.лориях на rpaMM или эрrах на rpaMM).
В примерах 6 и 7 уравнение,' энерrетическоrо баланса приме..
нено для двух случаев, наиболее характерных для промышлен"
ности пластических масс.
ПрUмер 6.. При течении расплава полиэтилена по трубе при Te1\l
пературе 160 ос на небольшом участке трубы происходит падение давления со
100 до 1 аmм. Следует определить приращение средней температуры полиэти"
,..1ена, считая, что на этом участке теплообмен отсутствует.
7 Переработка термопластичных материалов
98
r . 11. ТЕРМОДуlНАi\r\ИКА И ТЕП.JI0ПЕРЕДАЧА
..
'17
....
Поскольку пьезометрическая высота ЖИДКОСТJ:I И ее скорость не меняются,
а также никакой механической работы не совершается, уравнение (34) сводит"
ся к выражению:
6Н == о
(35)
rДе t:.H измененне энтальпии полиэтилена.
Хотя температура и давление изменяются одновременно, предполаrают,
что это изменен:ие последовательно. Такое допущение оправдано, так как из
вестно, что конечное значение параметров рабочеrо тела не зависит от пути
протекания проuесса.. Поэтому считают, что процесс расширения протекает в
две стадии: вначале происходит изотермическое расширенне при 160 ос, а за
тем изобарическое наrревание при давлении 1 атм. Полное изменение энталь
u . u u
пии равно с:умме изменении, происходящих на каждои из этих стадии:
I
. .
H.== ( H)T + (6Н)р
(36)
. . . '. .
rде (&Н)т изменение энтальпии при изотермическом расширении
( H)p изменение энтальпии при изобарическом наrревании.
Влияние температуры на энтальпню при постоянном давлении можно
оr1ред:ел,ить по уравнеиию (7), в интеrральной форме имеющему вид:
. . \ '
. .
I .
. , '
-
,.,.,
J 2
( H)p == С р dT
т]
(37)
Влияние давления на энтальпию при постоянной температуре находят
по уравнению:
. "
I I
.-
дН
дР
v(l
т
kT)
" (38)"
или в интеrральной форме:
Р2
(АН)т :::::
v (1
КТ) dP
(39)
.
Pl
, . . .
; ! :
Интеrрал (37) следует вычислять при постоянном давлении (1 атм), а ин.
теrрал (39) при постоянной температуре (160 ОС).
I Поекольку изменение температуры в течение процесса невелнко, считают
теплоемкость постоянной.. Интеrрируя уравнение (37) и воспользовавшнсь
уравнениями (39), (36) и (35), получают выражение для определения среднеrо
прир:ащения температуры жидкости t:. Т:
-
. ,. Р2
, 1
КТ) dP ( 40)
I1Т == С р V (1
'.
Рl
В примере 5 при условин постоянства температуры было выведено следую..
щее соотношение между v и Р:
.' , v voe (3P (25)
rде Vo удельный объем ПОЛИЭТIIлена при 160 ос и нулевом давлении.
ТЕРМОДИНАМИI(А И ТЕПЛОФИЗИЧЕСI(ИЕ РАСЧЕТЫ
99
......... ....
Подставляя уравнение (25) в уравнение (40), получаIОТ:
АТ ==
Р2
I V()
(1
......
С р
.
Рl
kT) e f}P dP
(41 )
или после интеrрирования:
АТ == Vo (1 kT) ( e f}P2
Cp
e f}Pl )
(42)
.
Так как при изменении давления от 1 до 100 аm.м величины и k также изме-
няются, в уравнение (42) входят средние зиачения этих коэффиnиеитов. Пр})
расчете использовались следующие данные (для полиэтилена):
ио, СМ 3 /2. . .
Q 1
..., , а тм ..
С Р . каЛ/2. 0 С.
k, z рад..... 1 . f .
1 , 285
О 12. 1 0 3
,
0,623
О J 692 · 1 0 3
т, О!<. .
Рl' а,тм
Р2' aп"lM
. .
433 (]60 ОС)
100
1
. .
. .
к,ал
А ПОСТОЯННЫЙ I\ оэффиuиент, равный 2,42.. 10 2 т.м. 3 .
а -СМ
Поставив указанные значения в уравнение (42), получают:
АТ З,50С
Однако подобные термодинамические расчеты не дают детальноrо пред
ставления об интенсивностИ теплообразования. В результате расчета полу
1f ается только среднее приращение температуры жидкости. В действительности
выделение тепла происходит неравномерно. Поэтому в каких то областях по..
тока жидкости температура увеличится значительно больше, чем на 3,5 ос, в то
время как в друrих областях приращение температуры будет rораздо меиьше.
Лри.мер 7. Для определения потерь тепла при шприuевании ПОJIиэтиле
на пользовались следующими данными:
Мощность электродвиrателя, квт. . . . . . . . . .
Мощность электронаrревателей, квт . . . . . . . .
Расход охлаждающей воды, л/мин . . . . . . . . .
Температура охлаждающе" воды, ос:
на входе. " . . . . . . . . . . . . . . .
на выходе . . . . . . . r . . . . . . . . . . 4
Коэффициент полезноrо действия, b
электродвиrателя . . . . . . . . . . . . . . . .
привода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Весовая производительность, 2/сек, . . . . . . . . .
Температура материала, йс
в мундштуке. . . . . . . . . . . . . . . . . .
u
В заrрузочнои воронке & . . . . . . . . . . . .
Линейная скорость шприцуемоrо изделия,- с.м/сек . ..
. .
40
18
38
]5,55
16,65
95
98
69,3
193
26,7
50
Следует определить rодовую экономию электроэнерrии при условии, что
в результате улучшения термоизоляции машины тепловые. потери снижаются
на 50%.
7*
100
. rл. 11. ТЕРМОДИНАМИI(А 1--1 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
При расчете ПОЛ,ьзуются уравиением энерrетическоrо баланса. K-о.аIIчест
во тепла, передавае ое системе в единицу времени:
Q === Qя + Qw + QL (43)
rде' QH тепло, выделяемое электронаrревателями; Qw тепло, отводимое
с охлаждающе" водой; QL тепловые потери.
Подставив зиачение Q в уравнение (34) и проведя соответствующие преобразо
вания, получают:
QL ::::= H + g Z + kДu 2 QH Qw + W s (44)
В дaHHO , примере энерrия выражается в калориях на rpaM I шприцуемоrо
полиэтилена. Весовая производнтельность==69,3 е/сек. Отсюда QH состави'т:
'" '. l' . ..- . . . ,
, '
QH
1 8 квт. 239 кал! квт. сек
69,3 z!ceK
== + 62, 1 кал/ z
, r
. .
Расход JQхлаждающей воды составляет 38 л/ МИН.
Прииимая теплоемкость воды равной 1 кал/е. ос, получим, что величина
теплоо.тдачи с охлаждающей водой составляет 700 кал/сек. Отсюда
700 кал/сек
Qw=== 69,3 2/сек. 10,1 калjе
Знак минус, показывает, что тепло отводится от сиСтемы.
Далее определяют работу привода с учетом электрическоrо К.
тродвиrателя и механическоrо к. п. д. редуктора:
40 квт. 239 кал/квт. сек. 0,98. 0.95
. ... .' . ,';" ; W s ::::::: 69 , 3 е/се к.
п. д. Э.т[ек
128 каЛ/2
!. .' ; . .' .
1.. . .... _ r I
, , ,
Изменение энтальпии полиэтиле-
на определялось по данным ДОУ lЯ,
Хеттинrера. Ларсона и Ветинrтона 6 .
По кривой зависимости, энтальпий,
полиэтилена от температуры (рис. 2',2)
было найдено, что значения эитал,ь.
пии при 193 и 26,7 ос соответственно
равны 144 и 13 кал/z. Тоrда
H === 144 13 + 131 кал/z
,I<инетическая энерrия н измене
u
ние пьез оме три чес кои высоты очень
малы и ими можно пренебречь. Tor
да из уравнения (44) следует:
, ,
QL 39,2 кал!е
"
.. ..,
, , ,
, ,
20{I- .,
i ' "
'., \, ,' ;
'150 ','
"
. I . _ _ r' , ,
/00
"
. 50
. о
as,.
f SO /00 150 200 250 с100
, ,,'.., Теl1пераЛ7ура ос
р нс. 2,2 ,' Изменение энтальпии поли-
этилена & зависимости от температу..
ры.
,"
Знак мину.С показывает, что система охлаждается. Выражая тепловые потери
в электрических единицах, получают:
QL ==
39,2 каЛ/2.69,3 z/ceK
...
239 кал/квт. сек
11 , 35 квfп
. При снижении тепловых потерь на 50% rодовая экономия электроэне р rии
сост' авит;' 48' '500 квт. Ц'.' ,
ТЕПЛООБМЕН
101
""IП
Теплообмен
Различают три вида теплообмена: теплопроводность, .конвек"
цию и излучение. Теплопроводность это пер'.едача тепла, осущест-.
вляемая в результате движений молекул, атомов и электронов.
При конвекции, которая возможна Т9ЛЬКО в жидкостях И rазах,
теплопередача осуществляется за счет переноса жидкости или
rаза. При излучении тепловая и.ли ' ТIучистая энерrия' пере дается
в виде электромаrнитных волн. .
Основное уравнение теплопроводности (закон Фурье) для
, ..
распространения тепл.а в направлении х можно написать следую-
щим образом:
. '.
; I
, . .
.1 . ." .
,". dQ
... " d8. ','
q
kA .dT,
dx
'.
, .
'. 45 ) "
t .
. '
.
.: "'... .
, "
rде q тепловой поток, кал/сек; :
. : k коэффи;циент теплоп.роводности, Ka_ 1 СМ ..сек. ос;
А площадь, оверхности,. нормальная к направлению тепло-
oro по 'ока., см 2 ;
, Т "",температура,ОС.. ..
Уравнения ДЛЯ. распространения тепла в направлени х у
и z аналоrИЧ I уравнению. (45).. '.
Если изве тен температурный rрадиент в данной точке, то
П9 закону, Фурь :можно вь числить величину тепловоrо потока.
Для Toro чтобы вычислить температурный rрадиент, необходи
мо определить распределение температуры. Поэтому во. МН,оrих
случаях для расчета можно оrраничиться только этими данными.
Д.ля. изотропных материаЛО'8, у которых теплопроводность, плот..
насть и теплоемкость можно считать постоянными, применяется
следующее дифференциальное урав'нение 'в частных прЬизводных,
выведенное из уравнения Фурье:
. ,
а. д 2 Т + д 2T
дх 2 д у 2
"
д 2 Т
....
az 2
G
+
СрР
..
'. (46)
dT
d(j
т температура;
(3 вр'емя
'd к6эффиhиент температуропроводности;
U .
X у и z расстояния вдоль осеи координат;
I G мощность источника тепла.
. Последний член правой части уравнения (46) учитывает тепло,
кото.рое выделяется' внутри материала. Коэффициент температу--
ропроводностй'определяется по уравнению:
k
rде
"
а
(47)
СрР
102
I"'Л. lf. ТЕРЛ10ДИНАМI-IКА 1-1 ТЕПЛОПЕI:>ЕДАЧА
... v
Передача тепла путем конвекции очень сложное явление, так
как скорость конвекции зависит от характера движения и тепло
передачи внутри жидкости. Для установившеrося ламинарноrо
потока распределение температуры при конвекции можно вычис
лить по уравнению
дТ дТ + дТ дТ
дtt I и х дх И у ду + U z az
:ау2Т + (О/СрР)
(48)
rде
у 2Т
д 2 Т д 2 Т д 2 Т
дх 2 + д у 2 1r дz 2
а их, и у и U z составляющие скорости. Необходимо отметить,
что коrда эти составляющие равны нулю, уравнение (48) перехо--
дит в уравнение (46), так как в этом случае тепло передается пу
тем теплопроводности.
Конвекцию при ламинарном течении можно проанализировать,
решив совместно уравнения движения жидкости и уравнение (48)
и получив частные решения, удовлетворяющие.заданным rранич
ным условиям. Однако на практике этот способ применяется очень
редко.
Определение величины теплоотдачи конвекцией от поверхности
твердоrо тела к жидкости обычно сводится к нахождению коэф"
фициента конвективной теплоотдачи и последующему исследова..
нию изменения этоrо коэффициента в зависимости o условий ра..
боты. Обычно используют следующее уравнение:
q
hA.(T s Tf)
(49)
rде q тепловой поток, кал/сек;
h коэффициент теплоотдачи конвекцией, выраженный в мет..
рической системе единиц, кал/см 2 .сек. ос;
А площадь поверхности, см 2 ;
Ts температура поверхности твердоrо тела, ОС;,
Т! средняя температура жидкости, ?с.
Основное уравнение для теплопередачи излучением выводится
из закона Больцмана, который можно записать следующим об...
разом: .
q аА Т4
(50}
rде q величина тепловоrо потока при излучении;
а постоянная Стефана Больцмана (константа излучения
абсолютно черноrо тела);
А площадь поверхности излучателя;
т абсолютная температура излучателя.
ТЕrlЛООБh\ЕН
103
...
I.LI ..
Уравнение (50) применимо только к излучению абсолютно
черноrо тела. Способы оценки реальных тел будут рас.смотрены
ниже. Анализ уравнения (50) показывает, что постоянная Стефа--
на БО iJьцмана должна обладать размерностью энерrии, де.пен
ной на единицу площади и абсолютную температур)' в четвертой
степени. Величина cr в метрической системе равна
1 ,36. 1 O 12 кал/см 2 . сек. (ОК)4
Теплопроводность
При из)'чении теплопроводности необходимо в первую очередь
найти функции времени и положения, удовлетворяющие уравне...
нию (46) й заданным rраничным условиям. Решения уравнения
теплопередачи дают возможность находить величину тепловоrо
потока в любой точке рассматриваемоrо объема, пользуясь непо"
средственно законом Фурье. Порядок проведения подобноrо pac
чета можно проиллюстр.ировать на пр имере установившеrося теп--
ловоrо потока (теплопередача происходит в одном направлении)
Пример 8. Определить величину тепловоrо потока, проходящеrо через
пластмассовую пластину толщиной 3 см, если температура на одной ее стороне
100 C, а на друrой 40 ос. Можно считать, что теплопередача происходит в одном
направлеиии. так ка]{ ширина и длина пластины HaMHoro превосходят ее тол-
щину. Теплопроводность материала, из KOToporo изrотовлена пластина, равна
ОJ80.10 З кал/см.сек.ОС. Если температура в различных точках по толщине пла..
стины постоянна. то тепловой поток не меняется во времени. Тоrда уравнение
теплопроводностн принимает внд:
d'2T
dx 2 == О (51)
Задача состоит в отыскании функции, которая является решением урав-
нения (51) и удовлетворяет rраничным условиям:
т (О) === 100 ос Т (3) === 40 ос
Функция
..
т =::: 100 20х. (52)
действительно УДОВJlетворяет этим требованиям.
Дифференцируя уравнение (52), находят ве ичину температурноrо rpa-
диента:
[1Т
dx
20
Плотность теП.ловоrо пото]{а определяют с поt\10LЦЬЮ закона Фурье:.
q
А =::( 0,80. 1 0 3) ( 20) == + 16, О. ] 0....3 кал/см 2 . сек
Знак плюс показывает, что теплопередача происходит в направлении
оси+х, совпадающем с направлением уt\1еньшения температуры.
Решение задач, связанных с нестационарным состоянием (на...
I"ревание или охлаждение), rораздо сложнее. В качестве примера
рассматривается теплопроводность пластины при нестационарном
104
r л. 11. TEPlV\O). yIHAMyIKA 1--1 ТЕПЛОПЕРЕД.l\ЧА
режиме теплопередачи. У равнение (46) для этоrо случая имеет
вид:
dT
dB
д 2 Т
а дх 2
(53)
Предполаrается, что на поверхности пластины происходит
конвективный теплообмен с ЖИДКОСТЬю, температу.ра которой
Tf. Коэффициент теплоотдачи конвекцией /1, считают постоян-
ным. Сначала температура T i в различных точках пластины
ОДНа и та же. Выбрав начало координат в среднем сечении пла
у
O
,
,
ач
1
0,8 .
0,6
0,05
tl2
о
0;0/402 0,04 0,1 Ц2 4 48 I 2 58/0 20 40
Ф
Рис. 2,3. Кривые охлаждения наружнои поuерхности пластины.
ah
Цифры на КрИБЫХ БСЛИЧННЫ показа'rеля N== 4
k
CTl'IHbI, получают симметричное распределение температуры по
отношению к началу координат. В результате находят следующие
rраничные условия:
т (х, О) Tt
(/2/k) [Т (а, е)
(/ljk) [Т ( а, 8)
Tj]
Tj]
rде Т' первая частная производная Т по х, а 2а толщина пла
стины.
Можно показать, что следующие функции являются решением
уравнения (53) и удовлетворяют вышеуказанным rраничным усло
виям:
Т' (а, 8)
Т' ( а,8)
00
()
у u f (М п ) е М 'Ф cos (М l1 х/а)
(54)
п===I,2...
rде у безразмерная температура, а Ф безразмерное время.
ТЕПЛООБМЕН
105
""
Эти параметры
u
определяются из уравнении:
у т Tf
Ti Tf
а8
ф
а 2
(55)
(56)
м положительные корни уравнения Mtg(M) N:'
N a/l,/k
Функцию f(M п ) можно оп ре де лить как
'57\
( I
(58)
Карело и Джаrер4 приводят первые шесть корней уравнения
(57) для широкоrо диапазона значений N.
у
1,0
.'
,
0,8
, .
0,6
o, 2
. 5
q2
/0 . ..
00
о
,
0,05 0,1 I /0 100
Рнс. 2,4. Кривые охлаждения среднеrо сечени'Я пластины. .
ah
Цифры иа кривых величины показателя N== .
k
,
Однако расчет по уравнению (54) является очень трудоеМКИI\1.
Поэтому на практике обычно пользуются соотвеТСТВУЮIl ИМИ
номоrраммами. rрафические решения уравнения (54) можно Hai1
ти в ряде работ 4 , 8 10. Обычно по одной оси координат от к "ТI ады..
вают У, по друrой' одну из треХ независимых' переменных (]),
N, х, считая две друrие пара метрами. rрафики', представлен ые
на рис.. 2,3 и 2,4, аналоrичны HOMorpaMMaM Карело и Джаrера.
106
rJI, 11. ТЕРМОДvItIАМI/IКА I.'I ТЕПJl()ПЕРЕДАЧА
"-
I
Для каЖДоrо значения х вычерчивается своя HOMorpaMMa; пара..
метром является JV.
Пример g. Пластину толщиной 2 см и начальной температурой 100 ос
поrружают в жндкость С температурой 20 ос.
Следует определить температуру в среднем сечении пластнны н на ее по
нерхности после ]00 сек охлаждения, если пара lетр N равен 5 и те -(пературо.
проводность пластины равна 10 3 см 2 /сек.
Безра3 1ерное вреr\.fЯ Ф определяют по уравнению (56)
,
а8 О , 001 · ] 00
ф -== a ' =:::: 1 , О ==:: О I 1 О
Найденная по рис. 2,3 безразмерная температура У на поверхности пла..
стины равна 0,3]. Величина У в среднем сечении пластины, llайденнал по
рис. 2,4. равна 0,97.
ВЫЧИСLТIенные по уравнению (55) температуры составляют (в ОС):
На поверхности пластнны . . . -. 44,8
В среднеt\1 сечении пластины. .. 97, 6
Если, изменив условия охлаждення, У lеньшить в 5 раз коэффициент тепло
отдачи, величина параметра N уменьшится до единицы, а коэффнцнент темпе..
ратуропроводности останется тем же. Тоrда после 100 сек охлажд.ения полу
чаются следуюшие температуры (в ОС):
-
. ,
На поверхности пластины . . . .. 78
В центре пластины . . . . . . ... 99
Иноrда задачу можно решить аналитически, а не rрафически.
В определенном интервале значений Ф зависимость между lп У
и Ф при постоянной величине N и х изображается в виде прямой
линии. В таком случае можно оrраничиться первым членом урав...
нения (54). Тоrда это уравнение упрощается:
у f (М!) e M ф cos (М 1 х/а)
(59)
rде \1l первый положительный корень уравнения (57).
у равнение (59) можно переписать в виде
ln У К f+ 111 [cos (М 1 х/а)] М Ф (60)
rде bevlI-Iчина К определяется по уравнению
lп , 4si ( 1) .
2M l + siп (2M l )
к
(61 )
Так как величины l( и M l зависят только от параlVIетра N,
зависимость каждой из этих величин представлена на рис. 2,5
только одной I<рИВОЙ. Возможность применения уравнения (60)
ТЕПЛООБМЕН
107
..... ..
""""w ""'1
............
........" ................... у
v ....... .....
для каждоrо частноrо случая зависит от соотношения между
тремя независимыми переменными. Точно обvсловить примени..
мость этоrо уравнения невозможно.
.
2,0
1.0
0,6
Ц
q2
0,1
0,06
ао!;
I
I r
1
1
Н , i
! i
\ , ,
.... I !
.
.....
1
V j , I
j
! I
V h ,1 i
,
: 1 I
, I !
i
/ ".
/( J I I
I J
.
1
L
I ,
i I
I f
! j
/ j j j
/ 1 I
I I ,
I I -
, r
j . .
,r ,
i . .
. ,
I
(
j
I
0,02
0,01
0,1 0.2 o. 0.8 1 2 ". б /0 20 "О 60 100
N = a/J
/(
Рис. 2,5. Значения коэффициентов К. М 1 н Н, вХодящих
в уравнения (60) и (65):
lim Ml ==1t/2; Нт к =::0. 243; liт H:::O.811.
N ею N 00 . N 00
J1ля решения принимают следующие УС"ТIовия:
.х О
N>2
(D > 10 2
х а
N>l
Ф>I
Среднюю температуру пластины в процессе ох.чаждения или
наrревания можно определить по уравнению
a
]
т . Tdx
')
a
(62)
a
Подставив безразмерную температур)' ' yr В уравнение (62),
ПОJl учают:
у
1
2а
+а
Ydx
(63)
a
ТЕI1ЛООБ1\\ЕН
L
109
r
Если преДПОJlОЖНТЬ, что листы плотио прнлеrают к плитам прес а, то,
по видимому, поверхиости листов MrHoBeHHo примут температуру плит, т. е.
процесс протекает при изометрических rраничных условиях. Это равн.означно
утверждению о TOM t что сопротивлением теплопередаче между плитою и поверх..
ностью листа можно пренебречь. Температура поверхности раздела между ли.
'Стами должна в коице цикла достиrнуть 150 ос, а значенне велнчииы У в конце
цикла можно определить по уравнению
150
У === 30
200
2 00 0,294
, .
. ..
.'
I . . .
,
. . .
в данном случае при решении используется аналитический. MeTOД. . Целе
сообразность применения аналитическоrо метода подтверждается тем, что по
.7Iучающиеся величины N и Ф не выходят за пределы условий, приведенных на
стр. 107. Поскольку сопротивлением теплопередаче на поверхности можио пре
небречь, величина N неоrраниченно велика и величины К и М! составляют:
к === 0,2'43
M 1 === тr,J2
Прн подстановке этих величин в уравнение (60) получается следующее выра-
жение:
In 0,294 == 0,243 + ln [cos (О)] тr,2Ф/4
..
[, I . .1" .1 ...,
. . r .
,. -
. .
. .., I .
Решая это выражение относительно Ф J находят:
ф == 0,593
Зате\1 по уравнению (56) опреде.J1ЯЮТ продолжите.ПЬНОСТЬ наrревания:
а 2 ф
е === ,,
а
0,593-
:::=: 4. 1 0 3 148 сек
-", " ..' - . r
. i ) r" . :
. .
I(онвекция
.
. I ... . - , " J ,r ;. 1.
Точный математический анализ процессов, 'связанных ., C '(\KOH-
вективным теплообменом, крайне затруднен. Такой анализ nри .
мен и м только к немноrим частным случаям. Одним из таких до-
Во.пьно успешно решаемых аналитическим методом специальных
случаев является установившаяся принудительная конвекция
внутри жидкости, протекающей ламинарно в круrлой трубе.
Обычно теплопроводностью вдоль оси трубы и теплообра, ованием
за счет BHYTpeHHero трения пренебреrают; считается также,. .что
физические свойства жидкости не зависят от ее темп р .туры.
Тоrда в цилиндрических координатах уравнение (48) принимает
вид:
а
д 2 Т
aJ,2 +
1
r
ат
а,
(67)
их
ат
дх
11 О
r л. 11. ТЕРМОДИН./\Л\I-1КА 1-'1 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
..
L1 ..
Для ламинарноrо течения ньютоновской жидкости в круr.JlОЙ
трубе отношение их к средней скорости и т определяется по урав-
нению:
X 1
и,n
r
2
(68)
,
1'18'
R
rде R радиус трубы.
Воспользовавшись уравнениями (67) и (68), можно получить
дифференциальное уравнение в частных про из водных, в котором
т является зависимой, а х и r независимыми переменными. [pa
ничные УС ТIовия для этоrо случая имеют вид:
т (х, R) T R
Т (О, ') Т.
t
дТ О
. д,
r==O
\
rде Т R температура стенки трубы;
Tl температура жидкости на входе в трубу.
Джакоб 11 детально описывает метод интеrрирования этоrо
u
уравнения и приводит следующии результат:
ос
T n1 T R С N е ВпХ
Tt
T R n п
п== 1
(69)
Безразмерную переменную Х можно определить по уравнению
х .. жх
R 2 U m
(70)
Средняя температура жидкости в точке, расположенной на лю-
бом расстоянии от входа в трубу, определяется уравнением:
со
Т т T R
Ti Т R
., D е ВпХ
п
(71 )
п== 1
Обычно достаточно трех первых членов ряда [уравнения (69)
и (71)]. Их можно вычислить с помощью следующи:х значений
постоянных 11 :
В 1 3,7
82 22
В3 53
С 1 1,5
С 2 0,8
С з == 0,4
D 1 0,82
D 2 .. 0,10
D3 0,014
11'2
r л. 11. ТЕРМОДИНАМИК.Д. И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
...
1
'1 IТ""
.......bd....... Lbd. ь....
"
.Температурный профиль на ВЫХОДе из трубы определяют по уравнению (72).
При определении температуры в центре трубы (r O) велнчины N равны еДII.
виде и уравненне (71) своднтся к выражению:
0.8 O
т т .
о R 1 5e (3,7) (0,229) =:; О 64
Т. т' ,
/. R
откуда величнна Т о равна 218 ос.
Аналоrично определяют температуру в
друrих точках на выходе из трубы. Получен.
ный профиль температуры на выходе из TPJ.
бы представлен на рис. 2,7.
Рассмотрим ряд специальных слу-
чаев теплопередачи от поверхности
твердоrо тела к жидкости. Наиболее
удобным способом решения этой за
дачи является применение методов
теории подобия, при которых БОJ1Ь
шое число переменных сводится к
нескольким безразмерным критери..
ям. Чаще Bcero используются кри",
терии Нуссельта, Прандтля,. rpacro..
фа и Рейнольдса. Эти критерии опре..
деляются по уравнениям:
250
. '.
2Ч-О ;
....
(:j .
. 2ЗО
220 ;.,.
t 210'
,.;
200
О i \{!2 0,4 '0,6
,
\ .,.: r/f(
'. .
7iп
,
I
! ..,:
I 1.
.. I :
Рнс...., 2, . ..Р.ас.пределение Te I
ператур; в. потоке поли-
этилена; протекающеrо по
на р.ето.Й.. трубе (П..унктирная
линия ' средняя температу..
ра в даН'НQМ сечении).
- .
критерий Нуссельта Nu
hD
k
(72)
. . . ) Cp[.l
КfJИ1'ерий, ПраНдТЛЯ Pr (.73).
"
, .
, , I
, . 1 ..
. .J ' I . .. '
.,
, , . . . . . .. . gkp'2D3AT
' .
. \. ,
критер'ий.. r.расrофа Gr' (74)
.т
lJ.2
.
,
, .
критерий Реi1нольдса' R е
VoD?
r-L
\
(75)
J;J,.Qrо.численные эксперименты показали, ЧТО процесс тепло..
. . :. . - ..
п.ереД flI1 or rоризонтальноrо цилиндра к жидкости можно опи.сать
уравнение'м вида 1l :
Nu f (Gr, Pr)
(76)
... .
.} ." I. . 1
Для случая, коrда произведение критериев rрасrофа и Прандтл.я
более 10 000, приведенная выше функциональная зависимость
(76) может быть записана следующим образом:
Nu 0,52 (Gr. Pr)1/4; (Gr. Pr > 104)
(77)
ТЕПЛООБМЕН
1.13
...
J L
...
I!t.
"Лример /2. Требуется сравнить коэффициенты теплоотдачи (Прll естест-
венной конвекции) от rоризонтальноrо цилиидра к воде и ]{ воздуху. Диаметр
цилиндра 4 см, температура ero поверхности 50 ос, температура жидкости 20 ос.
Ниже приводятся Физичес]{ие константы воды 11 воздуха, неоБХОДllмые
Д lЯ расчета. Поскольку большинство авторов ре]{омендует производить оценку
свойств жидкости при теlYlпературе, средней между температурами стенки
II ЖИДКОСТlf, то В дан HOl\'! примере физические константы воды и воздуха взяты
при 35 ос:
Вода Воздух
ср,кал{е. ос . . . . . . . . 1 , О 0,24
0,0072 1 , 9 · 1 0 4
р., пуазы . . . . . . . . .
k, кал/см. сек. ос . . . . . ] , 5 · 1 0"'3 б 2. 1 0....0
,
k, е рад'" 1 . . . . . . . . . 3, 5.10 4 3 , 3 · 1 03
р, аlсМ3 . . .. . . . . . . . 1 ,0 12. 10 4
По уравнению (73) определяют велнчины критерия ПраНДТJIЯ ДvlЯ воды It
воздуха:
для воды Pr== 4,7
для воздуха Pr === 0,73
Критернй rрасrофа определяем по уравнению (74):
для воды Gr:=:. 12,5.106
для воздуха Gr =::: 22, 7 · 104
Произведение кри тернев Прандтля: и rрасrофа:
для воды Pr. Gr :=: 59. 106
для воздуха Pr.Gr === 17.10 f
В обоих случаях произведение Pr. Gr больше 104. Поэтому критерий Н)rссельта
определяем по уравнению (77):
для воды Nи == 45,6
для воздуха Nu:::=-10,5
Средний коэффициент теплоотдачн определяют по уравненню (72):
для воды h == 17,3.10"'3 калjсм 2 .сек. О С
для воздуха h == 16,3.10 4 клл!см 2 .сек.ОС
Для случая вынужденной конвекции между жид]{остью и плоской твердой
u
поверхностью, расположеннои параллельно линиям тока в ламинарном потоке
жидкости, если соответствующее значение критерия Рейнольдса меньше
300 000, применимо с.ледующее уравнение: "
N u == О, 664. Re 1 / 2 . Рr 1 / з
(78)
Пример /3. Рассмотрнм i"'охлаждение пленки расплава полнэти&!тrена
в воздушном зазоре lVIежду rоловкой шприц"машнны и обжи ныrvlИ ваL7J]{ами
np!l наложении пленки иа подлож]{у.
Еслн известны лннейная скорость шприIiевания (50 см/сек), толщнна поли...
этиленовой пленки (0,00254 см), длина воздушноrо зазора (10 см), начальная
температура полиэтн"лена (316 ОС) и температура воздуха (26 ОС), то можно
определнть температуру поверхностн полиэтилена в 1\1eCTe наложення.
8 Перера60ТI\а термопластичных материалов
114
t"v1. 11. ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕП.Jl0ПЕРЕДАЧА
...
_ r
6
В данном прнмере ЧИСv"ТIо Рейнольдса рассчитывается по уравнению (75),
причем значения физических констант для воздуха взяты при средней темпера
туре, равной ] 71 ос. При расчете использовались след"ующие данные:
'Оо,СМ/СРК . .. 50 .
?, 2/СМ3. " .. 7,8.10 4
D СМ . . ." 1 О
!). , n у азы . .. 2 , 5 а 1 О..... 4
,
По уравнению (75) находят критернй Рейнольдса; Re==] 590.
ПРИliимая критерий Прандтля Д.пя воздуха равным 01715) по уравнению
(78) находят N Н:
Nи == 0,664 (1590)1/2(0, 7] 5 )1/3 -=== 23,6
СредниЙ коэффициент теплоотдачи опреде.ляют по уравнению (72):
k.Nu 86.10 5.23б
h :::=::' D' ::::-::: t ] О '. =::: 20 t 2. 1 0 5 кал/ СiI,/.2 · сек · 'Ос
.
Время пребывания п ленки в воздушном зазоре:
е==
1
10
V o == 50 :::::::: 0,20 сек
3aTel\1 определяем пара Iетры N и Ф:
ah
l\,r === k
0,00127.20,2.10 5
. 8. 1 o 4 3, 2 · 1 0 -1
(1) =:::.
а8
а 2
] ,6. ] 0 3. О, 20
(О , 00127)2 == 198
Теf\ilпературу поверхности пленки определяют по уравиению (60):
ln У == К + lп (cos М 1) .
М2ф
1
Для мал:ых N IОЖНО при ближе ин о принять
N == M . К -=== О
cos (М 1 ) ==: 1
Тоrда уравнение (60) сводится к следующему выражению:
'}' === е МiФ == е Лiф === е D.Об34
у =: О, 94
Ts Т,
у н
Tt Tf
Т 5 == 300 ос
При прохождении через воздушный зазор теМпература поверхности плен
ки Уf\1еньшается на 16 ос.
ТЕПЛООБМЕН
] 15
,
r
. -
Лучистый теплообмен
Все тела излучают, энерrию в виде электромаrнитных волн.
Встречая на своем пути непрозрачный предмет, эти волны поrло
щаются, и лучистая энерrия переходит в тепловую. Интенсивность
лучеиспускания зависит rлавным образом от температуры тела.
При низких температурах (менее 100 ОС) лучеиспускание малоин..
тенсивно, но с повышением температуры _ интенсивность ero уве..
личивается пропорционально четвертой степени абсолютной тем.
пературы тела. Если температура тела превышает 300 ос, значи..
u
тельная часть излучаемои энерrии имеет длину волны, лежащую
в инфракрасной части спектра.
Лучи, встречающие на своем пути преrраДУ, поrлощаются,
отражаются или проходят сквозь тело. Доля поr.ТIощенной лучи
стой энерrии характеризует поrлощательную способность тела
(а), доля отраженной отражательную способность (р), а доля
пропускаемой пропускательную способность (t). Сумма этих
u
трех долеи равна единице:
1 - cx+p+
(79)
Абсолютно черное тело поrлощает все падающие на Hero лучи,
поэтому ero поrлощательная способность равна единице. Интен
сивность излучения определяется законом Стефана Больцмана
[уравнение (50)]. Р"еальные тела излучают меньше энерrии, чем
абсолютно черное тело. Если распределение энерrии в спектре
излучения реальных тел то же, что и у "черноrо тела, их иноrда
называют черыми телами. Отношение интенсивности лучеиспуска..
u u
ния ceporo и черноrо тел, при однои И тои же температуре, назы..
вают степенью черноты тела. Уравнение Стефана Больцмана
для ceporo тела можно записать следующим образом:
q заАТ4
(80)
.
rДе е степень черноты тела.
Соrласно закону Кирхrофа, степень черноты тела равна ero
лучепоrлощательной способности. Численные значения величин
степени черноты,- тела для различных материалов приведены в
справочниках. Наибольшим коэффициентом поrлощения (0,95)
обладает ламповая сажа, а наименьшим (0,04) полированный
u
алюминии.
,
Количество тепла, переходящее от более наrретой поверхности
" u
к менее наrретои посредством излучения, можно определить, если
известна степень черноты и rеометрическая форма обеих поверх..
ностей. Однако, за исключением поверхностей очень простой reo--
8*
"
rл, 11. ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
...LI ."'LI
116
метрической формы, практические расчеты, связанные с излуче
нием, весьма сложны.
Рассмотрим наиболее простой случай: излучение двух парал
ле.пьно расположенных тел с неоrраниченно большой. поверх..
ностью. Изображенное на рис. 2,8 тело 1 имеет абсолютную TeM
пературу Т 1 , поrлощательную способность a,l и степень черноты Е 1 .
ЭнерrИЯ t излучаемая телом 1, определяется по уравнению
ql ' ':Т 1AT
(81)
Испускаемые телом 1 лучи встречают на СБоеМ пути тело. 2,
rде часть их, равная а,2, поr лощается, а часть, равная (1 (2))
отражается обратно к телу 1. Тело 1 поrлощает часть этой отра..
(7, , (Х 1, f' 1) .
(12J(Xg,€g)
Рис. 2,8. Излучение двух параллельио
расположенных тел, поверхность
которых иеоrраиичеиио велика.
женной энерrии а 1 и отражает по направлению к телу 2 часть: ee t
равную (1 C( 1 ). Математически этот процесс можно изобразить
в виде бесконечной rеометрической проrрессии:.' ,.
ql 2 ql [1
( 1 а 2 ) + (1
а 2 ) ( 1
а 1 )
. . ]
u
сумма которои ра,вна:
ql 2
(XZ
ql ' al +Cl 2 iXl Cl 2
(82)
rAe ql-+2 обозначает количество лучистой энерrии, переданной от
тела 1 к телу 2.
Аналоrичный проuесс наблюдается при передаче ЛУЧИСТОl!
энерrии, испускаемой телом 2. В этом случае сумма бесконечной
u
rеометрическои проrрессии равна:
аl
q ,.r
2 Cll + (/.2 аl (/.2
(83)
.
q2 1
rде
q2 oe.2AT
ТЕrIЛООБ \\ЕН
117
1т
...-
.... ..1 .LI
К.оличество тепла, переходящее от более HarpeToro тела к менее
HarpeToMY, находят как разность уравнениrl (83) JI (82):
qобщ.. qr 2
q2 1
а2Цl
а 1 + а 2
alq2
-1 1 а 2
(84)
""
Если поrлощательная способность и степень черноты обоих тел
равны, уравнение (84) принимает слеДУЮЩИli вид:
qоБIU. Z2 E l А (T T ) (85)
а.
€IE'2.
,
. . .
Уравнени'е (85) обычно записывают в фор?\ле
, .
r-qобп . aP€ А (T T ) (86)
. .
rAe I{оэффициент: Ре, .который называется КОЭффИUllентом лучеис...
пускания., можно вычислить из выражения:
.. Ре
tl€2
е1 + Е2
"
(87)
€1€2
.
. Прu;;к,ер 14... Полоса из плаСТIIка наrревается с обеих сторон при непре..
рывном пр.отяrивании ее между: двумя цилиндрическ.и.ми наrревателями. Тре..
буется, чтобы при HarpeBe энтальпия. пластика увеличил ась на 1617 кал/z.
Ширина полосы 60,8 см, толщина 0,025 см, плотность ] ,45 е/с З и скорость
перемещения 10 см/сек..
Пренебреrая потерями, можно: вычислить теоретическое потреблени е'
энерrии наrревателями.. При ,определении температуры элементов предпола-
rают, что теплопередача осуществляется полностью за счет излучения и чт()
степень черноты поверхности наrревателя 0,90.. Поверхность каждоrо HarpeBaTe
.1Я равна 92,9 см 2 , отражательная способиость рефлекторов равна 1.
Скорость движення пластиче.ской массы опреде"lЯЮТ, по уравнению:
. .
.т ==' VW2ap. == 22,4 2/сек
, . .
rде V .пинейная скорость;. W. н 2 а ш.ирина II ТОЛLцина ,,7Jиста.
Потре:бление ; энерrии составл яет: . .
q == mdH 374 кал/сек
что соответствует эффективной мощности 1,58 K8111. .
Количеством лучистой энерrии, поrлощаеМЫ1\f поверхностью наrреватель
ных элементов, ожно пренебречь, так как по сравнению с поверхностью поло
ы из пластика оно очень мало. Кроме Toro все лучи, падающие на рефлектор,
отражаются по направлению к наrреваемои полосе, поскольку. отражательная
способность рефлектора равна единице. Вследствие Toro, что все излучаемое
тепло передается пластику, количество переданноrо теП.IIа q можно рассчитать
по уравнению (8]):
q === О'еАТ4
rде q 374 кал/сек;
a:::::3 5 10 14 кал/см 2 .сек. (О К)4;
е== 0,90;
А=== ]85t8 см 2 .
118
.
rл. 11. ТЕРМОД:VII,АМИI<Л и ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
.1 J .У.Ь............. .............. ..ь.....
r.b.......dJl
Подставив этн величины I3 уравнение, находят температуру наrревателей:
т == 2560 ос
Необходимо подчеркнуть, что подобныЙ расчет не дает представления о pac
пределении температуры в полосе из пластика. Материалы с высоким коэффи
циентом температуропроводиости отличаются весьма однородным .распределе
нием температуры, тоrда как матерналы с малой температуропроводностью
u u u
характеризуются высокои температурои на поверхности и низкои температуро"
н толще материала.
Рассмотрим теперь случай двустороннеrо радиационноrо Ha
rревания плоскоrо листа. Относительно теплопроводности листа
необходимо сделать три допущения. Во--первых, считают лист
темным по отношению к инфракрасному излучению. Тоrда лучи--
стая энерrия будет. переходить в тепловую непосредственно на
поверхности листа, а тепло распространяться в толще листа за l
счет ero теплопроводности. Во"вторых, теплоотдачей путем кон..
векции на поверхности листа можно 'пренебречь. В",третьих, счи...
тают, что количество тепла, переданноrо с поверхности внутрь
листа, не зависит от ero температуры. Такое допущение обуслов",
ливает постоянство тепловоrо потока через поверхность листа.
LLалее из уравнения (53) находят распределение температур
Iур.авнение (53)], при следующих rраничных условиях:
т (х, O) T i
Т' (О, 8) О
т' (а, 8) qs/k
rде Tl
T'
а
начальная температура листа;
частная производная от Т по х;
расстояние от поверхности листа до ero среДнеrо сечения
(половина толщины листа);
u U
qs постоянныи тепловои поток через поверхность листа;
k коэффициент теплопроводности листа. .
При указанных rраничных условиях уравнению (53) будет
удовлетворять следующая функция:
(Т
Т.) . qsa B 3х 2 а 2
+ · 6а 2
. t .k а 2
00
2 (
)
...
1,
п 1
1 ) ll
е........п2т:2ilе/а cos (/l7tx/a.)
п 2
(88)
По уравнению (88) находят температуру в среднем сечении
1иста (х О) и на ero поверхности (х а).
ТЕПЛООБМЕН
119
...
Температура в иентре листа равна:
, , "1
" '.-
( Т Т ) qsa
..... ............ --------....
с i - k
ае
а 2
.
1
б
;: (
п 1
] ) 1/.
) п27t2C(B I и
.. т t I
')
n.
(89)
а на ero поверхности:
(0..;
(Ts . T i ) qsa ае 1 1 2 ..). ...... (, о.., (90)
е !j 'З. .J,.:ll';'
k а 2 3 n 2
а==l
Во мноrих случаях при наrр вании распределение температур
в материале должно быть относительно равномерным. Распреде..
ление температуры можно определить непосредственно по урав..
нению (88), но ero решение очень трудоемко. Поэтому в качестве
показателя равномерности распределения температур используют
. следующее безразмерное отношение:
1 . Ts Т i (91 )
. Те T i
Разделив уравнение (90) на уравнение (89), получают:
ае 1 2 1 п2;t.2!:t8 / а2
+ ,
а'2 3 1t 2 п 2 е
I (92)
-
ае 1 2 , t l)n . n21Т.2a6 'а 2
е i
а 2 6 7t 2 - п 2
Cl8
Величина 1 зависит только от безразмерноrо. комплекса а 2 .
у равнение (92). можно переписать в виде
I f : (93)
На рис. 2,9 эта функция представлена rрафически.
При.мер 15. Рассмотрим распределение температур в плоском листе из
термопластичноrо материала толщиной 0,254 см, ]{оторый перемещается со
скоро тью 6.08 м/мин через камеру инфракрасноrо HarpeBa, характеристика
камеры приведена в примере 14. Продолжительность воздействия инфракрас
ных лучей иа материал 6 сек. Какова величина показателя J, если длина Ka
меры 0,6 JИ, а коэффициент температуропроводности термопласта 2.10 3 см 2 /сек?
Что нужно сделать для уменьшения 1 до ] ,20 прн увеличении энтальпии пла
стнка на 16,7 кал/z? .
Прежде 'Bcero о определяют величину безразмерноrо комплекса r:t,e/a 2 :
а6
2
а
2 tt 1 0 3 · 6
0.1272 ==: 0,74
Далее по рис. 2,9 определяют величину пара етра !:
1 ==:. 1 t 86
120
rJI. 11. ТЕРl\r10ДИНАМI1КА 1'1 ТЕI1ЛОПЕРЕДАLIА
...
r
' .
....
По rрафи]{у находят, что при )тменьшенни величины 1 до 1 ,20 значение
.I{омплекса 'Хе/а 2 возрастает до 2,67. Пос]{ольку толщина лнста и ero ]{оэффн
циент теплоотдачи постоянны, то
необходимо изменнть время воздей..
ствня инфракрасноrо нзлучени я .
Новая продолжитеLТ1ЬНОСТЬ HarpeBa-
ння дол)кна составлять 2],5 сек.
Для этоrо CI{OPOCTb движення лис
та нужно уменьшить до 1,7 м! .мин.
т а]{ ]{а]{ эитал ьпия лнста '{ве..
<tI
личивается на ту же велнчнну,
необходимо поннзить интенсив
ность излуч ния, чтобы KaK TO
сбалансировать увеличение вре-
мени ero воздействия. Посколь]{у
.,. 6' 810 Время пребывания материала в Ka
мере увеличивается в 3t6 раза, в
том же отношении должен умень"
шиться тепловой поток" Тепловой
о,)
поток пропорционален четвертои
степени абсолютной температуры
излуча1'еля. Поэтому для получе..
ния новой температуры Э lемента необходимо умножить исходную темпера
'1УРУ иа (1/316)1/4' или на 0,727.
I
20
.'
.6
I
1 I
. \
j
,
,
i
/0
8
6
4
/.
0,/
Q2'
.
1 1
! 1
0.4 ct6' O 2
fJ/a 3
Рис. 2,9. rрафнк [==- f
а 2
аВ
. .
.
Наrревание термопластичных материалов
'При переработке термопластичных материалов их наrревание
u
qаще BceI.o осуществляют за. счет. перехода электрическои
энерrии в тепловую. При массовом производстве изделий из Tep
МОIIластов,. по",видимому, самым экономичным способом .явл.яется
обоrрев при ПОМОЩИ пара или масла, HarpeTbIX. за счет сжиrания
топлива. Поскольку изучение оборудования, цредназначенноrо
для сжиrания топлива и получе»ия пара, выходит за пределы тех...
нолоrии пластических масс, мы оrраничимся изложением
\,"
трех методов IIревращения электрическоя энерrии в тепловую:
. u' .
с прим-енением электросопротивлении,-' индукционноrо метода и
HarpeBa токами' высокой частоты. РассМОТрим такж'е .'выде.ление
. Q'
тепла за счет, JBHYTpeHH ro трения вязкои жид.ко'сти,. иrрающее
немалую роль в ряде процессов переработки пластич.еских масс.
. .
Наrревание сприменением электронаrpевателей:сопротмвления
. . 1.
При прохождении по проводам nepeMeHHoro или постоянноrо
тока происходит рассеивание энерrии (выделение тепла). Коли-
чество выделившеrося тепла р _ (в ваттах) определяется по урав-
нению:
р J2R -
(94)
rДе 1
. R
сила тока, а;
сопротивление, OM
I IArp ЕВА Н ИЕ ТЕР]vi.ОПJ]АСТ IЧЕСКI/ Х J\lA TI.:P lIАЛОВ
121
J>.
"р""1
.. ь...........
17 1
""""""""'11 ....
в большинстве электронаrревателей количество выделяюще
rося тепла определяется про изведением ]2R. Включение в цепь
наrревательных элементов сопротивления, трансформатора, pe
rулирующеrо напряжение, облеrчает контроль за температурой
технолоrическоrо оборудования.
Наrревание токами высокой частоты
Наrревание диэлектриков м.атериалов с низкой проводи..
мостью происходит при помещении их в электрическое поле
высокой частоты. При этом теплообразование происходит во всем
объеме материала. Поэтому сильнее Bcero наrревается ero цен..
тральная часть. При обычном HarpeBe наблюдается обратная Kap
тина, так как в этом случае центральная часть материала Harpe..
вается за счет ero теплопроводности и поэтому имеет более низ
кую т мпературу.
В это'м разделе основное внимание обращено на неустановив
шееся распределение температуры в материале) HarpeBaeMOM в по
ле токов высокой частоты. Более полное представление о теории
высокочастотноrо HarpeBa диэлектрика и ее практическом приме..
пении можно получить из специальных работ 2 , з..
Простейшая конструкция установки для HarpeBa токами вы...
сокой частоты напоминает обычный конденсатор, роль пластин
KOToporo иrрают электроды установки, а HarpeBaeMoe изделие
соответствует диэлектрику конденсатора.. При низких частотах
материалы. с высокими диэлектрическими свойствами почти не
проводят электрическоrо тока. В диапазоне радиочастот диэлек
трические потери во мноrих диэлектриках настолько велики, что'
леrко обнаружить выделение в них Тепла. Считают, что это тепло
внутрениеrо трения, выдеЛЯlQщееся в результате периодических.
изменений положений поляризованных молекул диэлектрика в
соответствии с изменениями переменноrо электрическоrо поля.
Мощность р (в ваттах), затрачиваемая на наrревание диэлек-.
трика, можно определить по уравнению:
р 27:tC'V 2 ctg Ф (95)
rДе f частота, ceK l;
С емкость, фарады;
V прило}{<енное напряжение, в;
Ф уrол сдвиrа фаз.
Емкость конденсатора с плоскопараллельными пластинами.
С. (в фарадах) можно определить по формуле:
С 8,85 .lO 14 }<.А (96)
Ь
122
r/I. 11. ТЕРМОДI1НАМИl(А 11 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
........ T
rДе K диэлектрическая проницаемость, величина безразмер
ная;
А площадь пластин, с.м 2 ;
Ь расстояние' между пла'стинами" СМ.
Подставляя уравнение (96) в уравнение (95) и разделив обе
части полученноrо ураВllения на объем обрабатываемоrо мате...
риала и, учитывая переводной к'оэффициент, получаем мощность,
rе.нерируемую в единице объема диэлектрика G и выраженную
в единиuах тепла (в кi1л/см 3 .сек):
'"
G 13,3.'lO 14
fV 2
Ь 2
(К ctg Ф)
(97)
Из уравнения (97)' видно, что интенсивность теплообразования
зависит от двух рабочих 'параметров напряжения и частоты тока,
а также ОТ толщины обрабатываемоrо материала и коэффициента
К сtgФ, называеМоrЬ коэффициенто'м потерь.
Величины, используемые при' расчете HarpeBa диэлектриков,
обозначаются следующим образом:
Ф уrол сдвиrа фаз;
о (900 Ф) уrЬл потерь;
соsФ siп о коэффициент мощности;
сtgФ tg о коэффициент рассеивания;
l(сtgФ Ktg o коэффициент потерь.
Поскольку уrол потерь В обычно очень мал, коэффициенты
мощности и рассеивания почти р'авны, и для мноrих расчетов
\ложно использовать любой из них.
Так как соrласно 'уравнению (97) интенсивность теПJlообразо-
вания в диэлектрике пропорциональна частоте и квадрату напря-
жения, то при большой величине этих параметров материал бы-
стро наrревается. Однако напряжение можно увеличивать только
. . . . U
до HeKoToporo предела, 'опред'еляемоrо диэлектрическои проч-
ностью материала6 Поэтому 'для достижения определенной интен"
сивности теплообразовани iч сто приходится работ ть при боль-
ших частотах (например, 100, меrаuиклах). В табл. 5 приведены
U .
показатели' электрических своиств некоторых широко применяе
мых термопластичных материалов. При расчете не следует забы-
вать, что и диэлектрическая проницаемость и коэффициент мощ'"
ности являются функцией частоты и температуры.
Проанализируем процесс наrревания при дублировании плен
I{И в поле высокой частоты. Д'ля большей простоты предполаrаем,
что температура электродов остается неизменной, а теплофизи .
ческие и электрические свойства обрабатываемоrо материала
не зависят от температуры. Вычислим время, .в течение KOToporo'
температура пластическоrо материала увеличится до TaKoro зна-
124
[.1. lf. ТЕРЛ10ДИНАМИl\А I ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
т ...... ......... J v"""
.....
у равнение (100) можно переписать в виде
k!J.T . f (Ф ) f (ae/a )
а 2 а
(101)
Применен еIrрафика (рис. 2,10) зн'ачительно упрощает расче
ты, основанные на уравнении (100).
450
,
а40
,
. .' .' I .
, ,
430
J.......
<\}
, "< .0,20
, ,
r .
,
. I - .
i .
I . I
. I ". ;
L ' ,
,
О/О
,
, . '
I
, '
, ,
О
0.06 0,1 q2 0,4 а8' iO 2,0
«О l
ф=
а 2
, . . ,
k'дТ ; а8' ;
I . I ,
-
,
Рис. 2,10. rрафик . ,"t. "
. . ,.
a 2 G а'2 \ ' . ,
.
,
Прuлеер 16. Термопластичные пленки дублируются при наrревании в
установке, работающей при частоте 45 М2Ц и напряжении 509 fJ. Толщина, каж ,
дой пленки 0,005 CA-t; таким образом, расстояние между 'эле.к родами 0,01 СМ.
Длина каждоrо электрода 10,см, ширИiIа>0,5, СМ.: :'Начальн'ая температура плен
КИ, а также температура элеl{ТРОДОВ во время работы,' поддерЖИ'8;аеТQЯ, на ypOB ,
не комнатной. Считая, что для плотноrо соединен'ня пленок необходимо YBe
личить температуру поверх ости контакта на ]50 ос вычисляют время цикла и
потребляемую МОLЦНОСТЬ. ' Пл астический матери'а\.71 l характеризу,t+тся следую
щими физнческими константами: ' I
К===3,5; соsФ 0.О5
k == 2.10....4 калjсм-сек"ОС;:; '{l == 4.10 4 cM 2 jceK
j
По уравнению (97) находят интенснвность теплообразования:
G ::::::: 2620 кал/ СМ З · сек
. -
, ,
3ате л ВЫЧИС,,1JЯЮТ .певую часть ')травнения .(10]): " ,
, kt1,T '2.10 ..150 '
a'1.G == (0.005)2. 2620 == 0.458 . ,
, 'Найденное по rрафику значение Ф (см. рис. 2,10)' равняется
Определяют время цикла:
а 2 ф
8==
. . . . I
I .. I .
- <
] ,о.
..........
(0,005)2.},0 "
4. lb ! О,О63сек
.
а
НАrРЕВАНИЕ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
125
МОLЦНОСТЬ, рассеиваемая Б единице объема материала, равна
2620 кал/см 3 .сек. ПОС]{О,JIЫ{У объем обрабатываемоrо материала 0,05 сл{3, по
требляемая 'lощность р ав на 131 кал/сек, илн 548 вт.
ИНДУКЦИОННЫЙ HarpeB
Индукционный HarpeB широко применяется в металлурrиче-.
ской и металлообрабатывающей промышленности. В технолоrии
, u
термопластичных материалов индукционныи HarpeB применяется
редко. Однако блаrодаря некоторым ero особенностям этот способ
.HarpeBa материалов очень перспективен и представляет инте...
рес для промышленности пластических масс. Здесь этот способ
излаrается только в оБLЦИХ чертах. Более подробное ИЗЛQJКение
'теории индукционноrо HarpeBa и примеры ero применени.я можно
найти в специальной ТIитературе2, З.
При индукционном HarpeBe переменный электрический то!{
u
пропускается через катушку, внутри которои помещается Harpe...
ваемая металлическая деталь. При этqм образуется маrнитное
U v
поле, меняющее свое направление с тои же частотои, что и пере-
менный ток. Переменное маrнитное поле индуцирует в обра
батываемой . детали вихревые токи и выделяется те'пло. Этот
п-роцесс аналоrичен работе трансформатора., rде переменный ток
первичной обмотки создает переменное маrнитное поле, возбуж
дающее электродвижущую силу во вторичной обмотке. В TpaHC
форматоре ток проходит через первичную обмотку при одном на-
u
пряжении, а снимается со вторичнои уже при друrом напряже..
нии. При индукционном HarpeBe вторичную обмотку можно
u
.считать короткозамкнутои, так что индуцируемая э. д. с. при-
u
водит к выделению тепла непосредственно в самои детали.
Интенсивность HarpeBa пропорциональна величине j 2 R.
Плотность постоянноrо тока одинакова по всему поперечному
сечению проводника. Плотность nepeMeHHoro тока на поверх..
ности проводника выше, чем в середине. При высокой частоте
переменноrо тока большая ero часть пройдет по тонкому наружно-
му слою проводников. Это явление называют поверхностным или
скин-эффектом. Для расчета rлубины проникновения тока Кэйбл 3
пр.иводит следующее уравнение:
sJ
5
уТ
....
( 1 02)
. .
rде s rлубина проникновения тока, см;
. . { ' частота, ceK l.
Индуциру мый в обоrреваемой детали ток высокой частоты
пр хо.дит через относительно тонкий поверхностный слой. Напри...
I\1ep, при частоте тока 10 000 C/t проrреется поверхностный слой
126
rЛ. 11. ТЕРМОДИliАМИ:КА и ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
.........1>..
r
,
...
толщиной только 0,05 сМ. Эта особенность индукционноrо l{a
rpeBa обусловливает ero широкое применение, lIапример ДJIЯ
термической обработки металлов.
При индукционном методе HarpeBa тепло выделяется т.олько
в зоне действия маrнитноrо поля. Поскольку это ПО.1Jе наводится
только в непосредственной близости от каТУШКli, тепло Bыдe
ь
JIяется в тои части детали, которая находится вн rтри катушки.
Индукционный HarpeB широко применяется для обработки
хороших проводников. электрическоrо тока (метаи1JЛОВ), коrда не--
обх()димо быстро HarpeTb определенную часть дета,,'!и до высокой
температуры. Так как термопластичные материалы плохие про
водники электрическоrо тока, по непосредственно индукционны
ми токами они не наrреваются. ИНДУКЦИОНIIЫЙ HarpeB применяет
с'я для обоrрева технолоrическоrо оборудования.
Наrревание за счет BHYTpeHHero трения в материале
Рассмотрим изображенный на рис. 2,11 элеrdент жидкости,.
кото'рый первоначально имеет форму куба со сторонами dx, dy
и dz. Если считать, что течение происходит лишь вдоль оси t,
$
lJ dl.l
ау
I
I Z
/
/
I
,
I
и
......
х
,/
/
dx
Рис. 2,11. Дефор.мнровзние элемента жидкости
при течении в одном направлении.
а rрадиент скорости существует только вдоль оси у, деформируе--
MbIII элемент жидкости через небольшой отрезок времени при..
нимает форму скошенноrо параллелепипеда.
Если скорость верхней rрани куба относительно нижней равна
dtt, мерой скорости деформации жидкости является rрадиент CKO
рости du/dy. Чтобы разность между скоростями верхней и ниж
u u u u
неи поверхностеи оставалась постояннои, к верхнеи поверхности
элемента необходимо приложить постоянную 'силу. Отношение
этой силы к еДИI!ице поверхности дает напряжеllие СДвиrа. ,Il Т"IЯ
НАrРЕВАНИЕ ТЕf1 \1.0ПЛАСТИЧНЫх МАТЕРИАЛОВ
127
.
ньютоновской жидкости напряжение сдвиrа ПрЯ 10 l1РОПОРЦИО..
нально rрадиенту скорости:
".
\.о
fl
du
dy
( 1 03)
rде f1 коэффициент .пропорциональности., называемый вязкостью
жидкости.
Совершаемая при необратимом деформировании жидкости
работа выделяется в виде теПЛ3а Это и есть тепло, выделяемое
при внутреннем трении жидкости.
Интенсивность выделения энерrии р вследствие BHYTpeHHero
трения равна произведению силы на скорость. Для единицы
объема ЖИДКОСТli
(rrdx dz) d U
Р dx dy dz 't
du \
dy )
( 1 04 )
Подставляя уравнение (103) в (104), получают интенсивность
выделеНl-lЯ энерrии /) (в эрс/сJv1,3. сек):
р
du 2
dy
--с 2
!J..
.
(105)
rде вязкость, пуазы;
1: ' напряжение сдвиrа, aUH/C./Jlt 2 ;
dlJ/dy скорость сдвиrа ceK. l
Вводя в уравнение (105) переводной коэффициент J, получаем
интенсивность выделения энерrии а, выраженную в тепловых еди..
ницах (кал/см 3 . сек): -
.
G
J
du 2
dy
J "[:2
l.1
( 1 06 )
-rде J переводной коэффициент (2,39. 10.....8 ка/! / эрz).
Пример 17, Расплавленную пластмассу подверrают деформации СДВиrа
на при боре, СОСТОЯLцем из двух параллельных пластин, поверхность которых
-IОЖНО считать неоrраниченно большой. Ннжняя- пластина неподвижна, а верх,
няя движется с постоянной СКОРОСТЬЮ t равной 10 с.м/сек.
Температура пластин] 00 ос. Продолжительность процесса достаточна для
достижения установнвшеrося течения. Требуется определить температуру в
ueHTpe деформнруемоrо Т\'Iатериа ТIа. Материал обладает след)'ющими свойствами:
[J. == 1 ()1 п уаз
k == 10 4 кал/см.сек,ОС
При движении вязкой жидкости происходит выделение тепла. Теплопере
__дача в массе }кид]{ости происходит в одном направлении при стационарных yc
128
[.i1. 11. ТЕРМОДИНАМIr-II<А у! ТЕ11ЛОПЕРЕДАЧА
J10ВНЯХ. Д.ля расчета можно ВОСПОЛЬЗ0ва'Ться уравнение l (48), которое для
даиноrо случая упрощается н принимает вид:
а.
d 2 T
.
dy2
G
.............
'С ':J
Р!
Решенне значительно упрощается, еслн пренебречь влияние.м температу-
ры на вяз]{ость. В этом случае rрадиент скорости du/dy постоянен и может быть
записан в виде V /Ь, rде v скорость подвижной пластины, а Ь . расстояние
Между плитами. Подставив зна t lение G из урав\{ения (106) в ЭiО выражение
ПО tl 1учают
d 2 T
dy'J
J VIfJ-
kb 2
Решение уравнения ДО.11ЖНО у.довлетворять СJlеДУЮll И 1 rраннчным условия!\'!:
т (О) =:; т р; ,
.
Т (Ь) == Тр
rде Т те lпера'Тур а П lасТИН (100 ОС).
В результате пол учается:
т == Тр +
J 12u. '
,
2b 2 k
(by у2)
Принимая у равным Ь/2, находят температ),rру Т т П.nОСКQСТН, равноудаленноЙ
от обеlIХ пластин:
J\/2
Т т === т р + 8k1J.
После ПОДСjанов'КИ в ) равнение соответствующих. численных значениiI
находят:
т т == 1 03 ос
УСЛОВНbIЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
а коэффициент температуропроводности, с;и 2 /сек;
С(. коэффициент .пучепоrлощения, безразмерная ве.пичина;
сжим аемость, (дин! сМ 2 )....1;
О уrол 'потерь, безразмерная величина;
Е степен6 черноты тела, безразмерная величина;
е время, сек;
k коэффициент объемноrо расширения, (OC) l;
. вязкость, пуазы;
Al постоянная в уравнении (15), кТ IC", l.2;
Р плотность, 2./СМ 3 ;
Р коэффициент лучеотражения, безразмерная величина;
с; постоянная Стефана Больцмана, кал/см,2. сек (ОК)4;
't напряжение СДВиrа, дин/см 2 ;
коэффиииент лучепропускания, безразмерная величина;
Ф фазовый уrол, безразмерная величина;
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
129
.
---....
т .....
Ф безразмерное время, определяемое по уравнению (56);
ro постоянная в уравнении (15), см 3/2;
U u
а линеиныи размер, см;
С р удельная теплоемкость при постоянном давлении,
каЛ/с.2рад;
C v удельная теплоемкость при постоянном объеме кал/с. срад;
f частота, ceK l;
g ускорение силы тяжести, c,Jt/ceK 2 ;
h коэффициент теплоотдачи конвекцией, кал/ см 2 I сек. ерад;
k . коэффициент теплоп роводности, кал I см · сек · ерад;
р . мощность, вт;
q тепловой поток, кал/ сек;
r расстояние от центра, см;
и . скорость, см/сек;
и . удельный объем, СМ 3 /с;
А площадь поверхности, см 2 ;
В температурный коэффициент вязкости, пуаз/срад;
С емкость, фарады;
F внутренняя энерrия, ка/l/ё-;
F коэффициент лучеиспускания, безразмерная величина;
G IOU{HOCTb источника тепла, кал/см 3 . сек;
Н энтальпия, кал/с;
Н постоянная, определяемая по уравнению (66), безразмерная
величина;
1 величина, определяемая по уравнению (91), безразмерны(t
параметр;
/ сила тока, а;
К постоянная, определяемая по уравнению (61), безразмерная
величина;
К диэлектрическая проницаемость, безразмерная величина;
L постоянная в уравнении (69), безразмерная величина;
М п корень п--С.тепени в ураВIlении (57), безразмерная величина;
р давление, кТ /см 2 ;
Q - количество тепла, кал/;;;
R радиус, см;
R электрическое сопротивление, ом;
R постоянная в уравнении (15), дUf[. СМ/с. ОК;
Т . температура, ос;
V электрический потеfIциал, 8;
W работа, ЭрВ/с;
.х безразмерная функция координаты, определяемая по ypaB
неНИIО (70);
у безразмерная температура, определяемая 'по уравнению (55);
Z уровень жидкости, С..и.
9 l1ереработка термопластичных материалов
130
rл. 11. ТЕРМОДИНАМУIКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
ЛИТЕРАТУРА
1. А5ТМ 5tапdаrds, D 150 54T, part 6, 1955, р. 500. ",
2. Вrо\vп о. Н., Ho]yer С. N., Bierwirth R. А., Radio Fre
quепсу Heating, Рriпсеtоп, Ne\v York, D. Vап Nostrand Соmрапу, Inc'.,
194 7 .
';.3. ,С а Ь.l е J. \V., Iпduсtiоп and Dielectric Неаtiпg, New York, RеiпhоlQS
Ри Ыishiпg Corp. , 1954. . '.
4. С а r s ] а w Н. 5., J а е g е r J. С., Сопduсtiоп of Heat iп 501ids J N'e\v
York, Oxford University Press, 1947. .
5. D o'.d. g' е В. F., Thermodynamics, New York, McGraw Hi1] Book Сотра-
пу, 1 пс., 1944. -. . .
6. Оо]е М., Неttiпgеr W. Р., Larso N. R., Wеthiпg-
t о п J. А., J. Chem. Phys., 20, 7В] (1952). ...
7. G е е R. Е., L у о п J. В., Ind. Епg. Chem., 49,956 (]957).'. "
В. Groe ber Н., z. Ver. deut. Iпg., 69,705 (]925). :"
9. G u r п i е Н. Р., L и r i е J., Iпd. Епg. Chem., 15, .1]70 (]923). _:
10. Н е i s 1. е r М. Р., Тrапs. А5МЕ 69,227 (]947). . '.
11. J а с о Ь М а х, Heat Transfer, уоl. 1, New York, Jоhп WiIey а. Sons, lrif:.,
1949.
12. L е е J. F., 5 е 'а r s, F. W., Тhеrтоdупаmiсs, Rеаdiпg, Mass., Addi
sоп Wesley Рublishiпg Сотрапу, 1955. , .
13. М с А d а m s W. Н., Heat Тrапsmissiоп, New York, McGra\\'..Hill Book
.Сртра.пу" Iпс., ,1947. ,,:.
-14. Р а 1-' k s' W., 'R i с h а r d s R. Ва. Тrапs. Faraday 50С., 45, 203 (194 ).
]5. R а f f R. А., "Т., А 11 i s о n J. В., Po1yethy1eпe, Ne\v York, Inter
sсiепсе Publishers, Iпс., 1956.
.l ... .5 с Ь_ п е i, d е r Р а J., Сопduсtiоп Неа t Тrапsfеr. Rеаdiпg, Mass., Addi-
. ., son Wesley Рublishiпg Сотрапу ,1955. . .
17. S реп с е r R. 5., G i 1 т о r е G. О., J. Аррl. Phys., 21, 523 (1950)..
lB:.':T Ь.'о r ,Н. L.,' Iпd. Епg. СЬет., 48, 922 (]956). .
, . . .
w
.
r лава 111
ТЕОРИЯ СМЕШЕНИЯ И ДИСПЕРrИРОВАНИЯ*
Несмотря на то, что процессы смешения и дисперrирования
приобрели чрезвычайно большое значение в производстве и ис
пользовании термопластичных полимеров, в настоящее время
эти процессы еще очень плохо изучены.
В данной r лаве термин «смешение» используется для обозначе
ния процесса, 13 котором два или более компонентов перемеШli..
ваются друr с друrом в каком-то о'бъеме. Смешение включает толь
ко изменение первоначальноrо распреде.пения компонентов в
объеме.
Термином «дисперrирование» обозначается совокупность про
цессов, R результате которых происходят существенные измене..
ния физических характеристик одноrо или нескольких компонеII",
тов смеси. К таким процессам относится введение твердоrо напол"
u
нителя в основную массу смолы, растворение в неи красителя
или уменьшение размера частиц наполнителя в массе смолы. CMe
шение и дисперrирование часто проводят совместно, ОДI-Iако pac
смотрение каждоrо из этих процессов отдельно является чрез..
u
вычаино полезНЫМ.
За последние 10 лет в литературе появилось MHoro работ,
u u
посвященных изучению СВОИСТВ смесеи и процессам смешения.
ноrие из этих работ дают научное обоснование процесса CMe
шени я 8 , 12, 15, 17 .
Технолоrия же дисперrирования изучена очень мало 3 . Обычно'
дисперrирование рассматривается как «искусство)}, которое лучше
Bcero познать на практике. В настоящей работе сделана попытка
u
подоити научно и к анализу процесса дисперrирования.
Смешение
в производстве полимерных материалов все возрастаюrдее
значение приоnретают процессы, связанные с ввеДением таких
инrреДиентов, как стабилизаторы, наполнители и красящие ве..
щ еСтва. По этому для эффеКТИВIlоrо производства термопластов
* В. д. Мор (W. о. Mohr, Sc. о. Dераrtmепt of Chemical Engineering Mas..
sachusetts iпstitutе of Тесhпоl0gу). '
9*
132
rJ', 111. СМЕШЕНИЕ И Дl-'lСПЕРrИРОВАНИЕ
81
.....
u
И изделии из них очень важно знать основные закономерности
процесса смешения.
П редлаrаемые проекты повышения эффективности некоторых
операций в процессе смешения свидетельствуют об отсутствии
научноrо понимания основ процесса. Это и не удивительно, так
u
как описание проиесса смешения и получающихся смесеи задача
оч€.нь сложная. Пусть, например, требуется смешать два компо..
нента. Возможно бесконечное. разнообразие состояний при раз..
личных взаимных расположениях компонентов. Для каждоrо
из этих состояний в пределах системы существует беСКОI-Iечное
разнообразие траекторий перемещения частиц компонентов, кото..
рые MorYT привести к одинаково удовлетворительным результа
там. Такое разнообразие значеНlIЙ очень затрудняет подробный
анализ' процесса смешения. Полученные' смеси являются «хоро-
lIIими» ИЛИ «ПЛОХИМl!», но количественное описание этих, иноrда
субъективных терминов, отсутствует.
Успехи, достиrнутые в последнее время в анализе механизма
смешения, открывают широкую перспективу рационализации и
повышения производительности этоrо' процесса.
Теория смешения до.п:жна предсказывать свойства смеси, полу..
ченной путем ряда операций, с учетом таких факторов, как reo..
метрические параметры системы и физические характеристики
компонентов, подлежащих смешению. Эта теория должна хорошо
описывать проuессы смешения как твердых сыпучих материалов,
так и жидкостеfI, и обеспечивать рациональное конструирова-
ние обор удования.
В данной rлаве описывается инженерный подход к исследова-
нию процесса смешения. Изучается сама смесь и предлаrаются
методы ее количественноrо описания. Особое внимание обращает..
.
ся на то, что при проведении анализа взаимное расположение
компонентов, подлежащих смешению, должно быть не случай..
ным, а определенным. Показано, что первоначальная ориеlI'"
тация' компонентов относительно направления потока в смесителе
является rлавным фактором в анализе процесса смешения При-
ведены количественные методы оuенки роли диффузии, деформа..
ций сдвиrа и растяжения в системе при смешении. Применение
этих методов проиллюстрировано на примерах ПОJlучения сме..
u
сеи в заМКНУТО1\f пространстве и при непрерывном прОllессе смеше-
ния. Рассмотрен вопрос о затратах энерrии на осуществление
процесса смешения.
Описание смесей
Количественное описание смесей очень затруднено. rипотети-
ческое упорядоченное расположеllие частиц конечныХ размеров
в смеси поддается точному описаНИIО. Однако такое rипотетическое
134
r л. 111. СМЕШЕНИЕ И ДИСПЕрrИРОВАНИЕ
Пробы, отобранные до смешения, должны содержать или все
черные, или все белые частицы (вероятность Toro, что проба взята
на rраниuе раздела между компонентами, пренебрежимо Iала).
Очевидно, что доля черных частиц в черном компоненте равна
1,0, в белом о. Математическое ожидание (среднее значение)
доли черных частиц (с) в каждой пробе будет состаВЛЯТI-J:.
, "
Е [(с) 1,87+0(1 8) 8 (1)
Математическое ожидание вариации равно:
02 Е [( с
(1 8)28 + ( 8)2(1
8) 8 (1 8) ( 2)
Коэффициент вариации L в этон еще не смешаНliОЙ системе равен:
с
icr 2
tj
8( 1 8)
в
] t)
.
е
(3)
Эта веЛJIчина I-Ie зависит от размеров пробы.
РаССМОТРИ:\1 теперь систему со с.п:учайным распределением ком..
понентов, в которой доля черных частиц равна 8, а доля белых
частиц (1 Н). Допустим, что каждая проба содержит п частиц
и объем пробы пренебрежимо MaJI по сравнению с объемом ИССvТ"lе
дуемой системы. В такой случайной сисrе1\lе вероятность Toro, что
какаЯ"IIибудь частица черная, равна 8. Эта вероятность не зависит
от расположения (Iастицы в системе.. Вероятность Toro, что проба
из' п частиц содержит точно х черных частиц " рn(х) ) дается
биноrлиаЛЬНlJIМ р аспределением 11
Рп(Х)
n
Е)Х. (1 8)п x
(х
О, 1,...n)
(4)
х
n n!
rде , БИНО!\1иальный коэффициент.
х . х/( n х)!
р аспреде llение вероятностей до Т}и черных частиц:
Рп (с)
Рп (х/n)
n
х
8 Х (1
8)п x
(х О, 1,...n)
(е О, 1/n, 2/ п ,...I)
(5)
МОЖНО по казать, что математическое ожидание TaKoro распрt'де..
u
ления вероятностеи равно:
Е (с) е
(6)
u
С дисперсиеи:
8)2] е (1
п
8)
02
Е [(с
.
(7)
СМЕIПЕНИЕ
135
_...............
.... L
v"'- .-.
и коэффициентом вариации:
с ,,1 :J .,
<9
,
1 8
п<9
(8)
Биномиальное распредеJlение может быть апроксимировано
НОр1\1альным 11 с теми же средними значениями и дисперсиями при
условии, что пЕ>( 1 8»9.
Там, rде это возможно, следует отбирать пробы с такой боль--
шой величиной п, которая была бы достаточна, чтобы удовлетво
р ить этому требованию.
Рассмотрим смесь, которая может считаться случайной. Из
разных 'частей Смеси взяты N проб, содержа1It.их по п частиц Ka)I{
дая, так, 'чтобы их совокупность Mor ла предстаплять смесь. Ре...
зультаты ИЗ iерений обра'батываются статистически в предположе..
. u .
нии о случаином распределении компонентов в смеси.
Среднее значение доли черных tIастиц в смеси рассчитывается
для N проб:
N
1
с N C l
i =:::; 1
(9)
Прежде Bcero следует сравнить разницу между выборочным
.........
средним с и l'енеральным средним 8 с математическим ожидаl-Iием
(1 8)8
дисперсии среднеrо арифметическоrо доли черных частиц nN :
-
с 8 и о 9995 Uо,ОООБ 3,3 (1 О)
> ,
.
( 1 8)8 2
,
-
'. nN
rде Ир величина квадратичноrо отклонения от среднеrо арифме-
тическоrо, ниже которой доля (верОЯТIIОСТЬ) Р имеет нормальное
распределение. Если абсолютное значение рассчитанноrо по фор-
1\fуле (10) параме rра больше 3,3, вероятность Toro, что проба взята
из с.пучайной смеси менее 0,001, и предположение о том, lITO смесь
случайна, ДОЛ}l{НЫ быть отклонены. Можно пользоваться и ДРУI ИМ
доверительным интерваЛО I. Пр11 этом точные численные значения
в правой части уравнения определяются по таблицам функций нор-
мальноrо распределения. -Если точное значение rенеральной сред..
ней 8 по даIIНЫl\! относительноrо соотношения исходных компонен...
u
тов неизвестно, этот критерии неприrоден.
. Второй и более действенный статистический критеРl-IЙ OCHO
. u u
ван на сравнении веЛИЧИНhJ статистическои вариации, полученнои
U u
экспериментально, с вариациеи системы .со с.пучаиным распред.еле--
136
rл. 111. СМЕШЕНИЕ И ДИСПЕРr1'IРОВАНИЕ
.. 1i..L118.
1.........
L
нием компонентов с соотвеТСТВУIОЩИМИ величинами
риация может быть рассчитана по формулам:
N N
S2 Nll (CI с)2 Nll .C;
8 или с. На..
N
N
с 2 ( 11 )
1
i == 1
i=: 1
или
N
9 ] ,..,
s. - N "J (C i
i l
8)2
( 12)
Пробы не должны быть сrруппированы в каком--либо порядке пе..
ред вычислением величины вариации.
rенеральная дисперсия слуцаiiной системы может быть вычис",
.JIeHa достаточно точно по известному среднему значеliИЮ концен...
l"рации:
02
8(1 в) c(] с)
r
n n
(13)
Отношение S2/02 сравнивается с табличными значениями x 2 /f
(f число степеней свободы в системе, равное N, если известна ве..
........
личина 8). При испОльзовании для расчета величины с применяется
82, тоrда {==н N 1..
S2 х 2
cr 2 экспер. f
s2 52 52 х 2
Р < р < р р
.L
cr 2
спуч. а 2 5КС П еР. а 2 спуч. f
(14)
(15)
Вероятность Toro t tITO ОТI-Iошение f2/cr 2 для действительно случай...
ной пробы меньше величины 2/f, равна Р. Некоторые значения
y- /f для Р 0,95 и J) -..w О,999 приводятся В таб.ТI. 6.
Таблица б*
..
Значения х 2 /! для различных Р
х 2 /!
х 2 /!
f
f
"
р o, 95 l р=:::о, 999
P O.95 \ P o ,999
1 3 84 10 83 10 1 ,83 r 2,96
2 3100 6,91 15 1,67 2,51
3 2,60 5,42 , 20 1 ,57 2127
4 2,37 4,62 r 50 1 ,35 ] ,73
\
6 2,10 3,74 .; 100 1 ,24 1 ,49
!
8 ] ,94 3,27 t I
· А. Н о 1 и. Statistical ТаЫе апd FоrП1ulаs. ТаЫе Vl t New York. 1952..
СМЕШЕНИЕ
137
..
..
Рассмотрим числовой пример, в котором l.V 11, S2 0,0080,
02 0,0025. Тоrда (s2/ 0 2)экспер. 3,2.
2
Д 7wo,999 2 2
ля этоrо случая . f 2,96 и вероятность Toro, что s /0
ДЛЯ случайной смеси больше 2,96, равна 0,999. Таким образом,
вероятность Toro, что проба взята из случайной смеси менее
0,001 и предположение о том, что система случайна неверно.
0'2
характеризовать степень разделения компонентов CMec . Этот
коэффициент, выраженный правильной д.робыо, является мерой
разброса величины около ее среднеrо значения и характеризует
отдельную пробу. Можно показать, что для случайной смеси, в
которой вероятность нахождения 1\lеньшеrо (черноrо) компонен--
-та равна 8, коэффициент вариации отдельной пробы с чис.ТIОМ
чаСТИlI п равен:
8 (1 8)
fO' 2
е
....- ....-
r 1 е)
п8
(16)
с
11
<3
Для любой системы, в которой доля черных частиц близка к
с вероятностью 99,9 %, коэффициент вариации равняется:
0,01 0,01
r
и о ,9995 ио,ООО5 3,3
1
с
о ,003
_""'''8I
2
.
Число частиц, которое ,т:(олжно быть В пробе из случайной C 1e..
си с 8==0,1, равно:
1 E>
еС 2
1 О, 1
О, 1 (О 003) 2
106
п
в отбираемых пробах жидкостей и расплавов число частиц
всеrда HaMHoro превышает указанную выше величину и понятие
доли можно заменить понятием концентрации компонента в дан--
ной точке смеси. Следует обратить внимание на то, что в смесях
твердых сыпучих материалов флуктуации в соотношении долей
КОмпонентов MorYT быть только случайными.
Для Toro чтобы можно было считать смесь СJlучайной при
заданном порядке частиц конечных размеров, ДОЛЖIIО )тдовлетво"
9
ряться условие п> во 8) ' rде (3 Доля компонента, содержа
щеrося в смеси в меньшем количестве. Это условие позволяет би--
номиальное распределение апрОКСJ'JМИровать нормаЛЬНЫ1\1 для
138
r л. 111. СЛ'\ЕШЕНИЕ И ДИСПЕРI'ИРОВr\НИЕ
L 'L 1. --.L.
..
последовательных статистических испытаний. Пробы ДОI-Т1ЖНhl
быть достаточно большими, чтобы с вес т!! к минимуму I(вадратич
ные ошибки расчетов и ИЗ1\fерени!l. Кроме Toro, ЧI-IСЛО проб ДОЛЖIIО
быть достаточно велико, чтобы характеризовать всю Ct\1ecb в lle
лом. Д.JIЯ статистическоrо анализа следует брать не менее 10 проб;.
степень надежности меДt,Т]енно возрастает с увеличением ч.исла
проб до 50 и BbIIlIe. Если показано, что распределение компонен
тов в смеси случайное при данном порядке величины объемов отоб-
ранных проб, то распредеJiеI-Iие будет случайным и для tJТIюбых
б6льш х объемов проб, и может быть применен приведенный выше
расчет коэффициеI-Iта вариации. При неслучайном распределении
компОнентов для данноrо порядка величины объема проб это рас...
пределение может характеризоваться сравнительно малым коэф"
фициентом вариации для таких объемов проб, которые являются
существенными при практическом использовании смесей. Смесь
может быть т акже практически приrодной, если коэффиииент
вариации 1/ cr 2 j8 достаточно мал, хотя распределение компонентов
при данных объемах проб и не случайно. Беспорядочность в pac
преде.пении компонентов при данном поря} ке размеров частиц
в некоторых случаях несущественна. Более подробно этот BO
прос рассматривается ниже.
Приведенные рассуждения требуют специальных испытаНИЙ t
так как прежде Bcero следуе.т выяснить, является ли распределе
ние комПОнентов в смеси случайным или нет. В первом случае
система определена в статистичеСКОI\f смысле. Во втором случае
для характеристики смеси достаточно иметь два параметра: сте...
пеlIЬ неоднородности и интенсивность разделения. Степень He
однородности оценивается средним расстоянием между слоями
одноrо и Toro же компонента в смеси и может быть изменена. в,
процессе Смешения под воздействием деформаций сдвиrа и растя .
жения. Интенсивность разделения ()пределяется средним откло",
нение { концентрации в точке от среднеrо значения концентра...
ции в системе. Для данноrо порядка размеров частиц определен
ное значение интенсивности разделения может быть достиrнуто
u
только в результате HeKoToporo случаиноrо процесса, аналоrич
Horo диффузии (диффузия молекул со случайным распределениеl\l
скоростей, БРОУI-Iовское ДВИЖеНI'Iе больших частиц в жидкостях
fIJ1И rазах, беспорядочное ДВИ)l(ение отдельных твердых частиu
при деформации сдвиrа). Такой процесс приводит к усреднению.
концеНТI)ации компонента в объеме , примыкающем к поверхности
раздела компонентов.
Наиболее удобной мерой степени неоДНОрОДНОСТИ является
средняя толщина полос, опреде.JIяемая как среднее расстояни.е
между слоями одноrо и Toro же компонента в системе. Было по...
казан0 1 ?, что среднее значение толщины полос (r) можно раССЧfI
СМЕШЕНИЕ
.. ........ 8118'1
,
]39
.
Т(1ТЬ из ОТНОIJlения общей П.ПОIцади поверхностей KOHTaI{Ta l\rIСЖДУ
компонентами к объему систеl\1Ы (рис. 3,1):
Это выражение получено в предположении, что механизм CMe
шения заключается в вытяrивании материала в приблизительно
параллельные полосы. Объем смеси) следовательно, равен поло--
u u
вине произведения площади поверхностеи контакта и среднеи
толщины полос (в результате наличия слоев веЛичина. поверх..
S{
ности удваивается): V 2 ·
Средняя толщина полос а CMe
си может быть измерена путем
извлечения большоrо количества
малых проб и определения сред..
и
Hero значения кратчаиших pac
u u
стоянии от точки с максимальнои
и
концентрациеи одноrо компонен"
та до ближ.айшей ТОЧi{И с макси--
U u
мальнои концентрациеи Toro же
компонента.
ДI J уrие способы выражения
степени неоднородности CMecII G IIC
имеют ясноrо физическоrо смысла и неудобны для определения
необходимой в даIIНОМ процессе смешения степени неоднородности.
Интенсивность разделения удобнее Bcero определять как коэф"
фициент вариации концентрации в системе:
r
2
S/V
( 17)
I
r
r
Рис. 3, ] .
страция
rрафическая иллю
понятия ТОЛLЦИНЫ
полос.
1 . С 02 ( 18)
8
N
'1 li т 1 L (C i 8)2 ( 19)
...
N......"oo N
i l
На IIрактике достаточно Hel{OTOpOro количества проб из разных
частей смеси, чтобы ПОЛУЧИ1'Ь S2, близкое к предельному значе..
нию 0'2. Если известна дисперсия аналитическоrо метода, действи--
тельная дисперсия смеси равна:
:72
')
&4
\) измер.
2
Uаналит.
Интенсивность разделения зависит от объема пробы. Если объем
пробы HaMHoro меНhше r 3, то величина C l в каждой пробе опре-
141
Сl\1ЕШЕНИЕ
в идеальном случае система рассматривается как КОНТИНУУ1\l
(сплошная среда), деформирующийся в результате течения.
В первом приближении предполаrается, что диффузия отсутст"
В ует .
Ниже показано, что исходная ориентация поверхностей кон-
такта смешиваемых компонентов относительно направления тече...
ния в системе имеет первостепенное значение. Деформация сплош..
ной среДЬ[ под действием деформаций сдвиrа и растяжения при--
водит к увеличению общей площади поверхностей контакта между
компонентами, а следовательно, и к увеличению степени разде-
ления, т. е. к уменьшению средней толщины полос в системе. Де-
формирование в системе продолжается до тех пор, пока толщина
u U
полос не становится достаточно малои по отношению клинеиным
размерам емкости, в которой находится исследуемая смесь. Тоrда
смешение можно считать законченным.
Если отсутствуют даннь[е о диффузии и в результате смеше..
ния необходимо получить статистически беспорядочное распр де-
ление компонентов в объеме, толщина полос должна быть доведе..
на до величины порядка размеров частиц. Если известен коэффи...
циент диффузии в системе, то можно рассчитать минимальную
толщину полос, До которой необходимо производить смешение для
Toro, чтобы заданная степень смешения достиrалась за счет диф...
фузии. .
Изложенные выше соображения применимы ко всем смешивае..
мы"м системам твердым, жидким и rазообразным. В расплавах
термопластичных смол скорость диффузии красителей и браунов...
ское движение пиrментов и наполнителей по своей абсолютной
величине MorYT быть незначительными, но в случае достаточно
малой толщины полос скорость диффузии может оказаться достато".
чно большой. При смешении сыпучих твердых тел отдельные
частицы претерпевают беспорядочное движение друr относительно
друrа, коrда массы частиц сдвиrаются или деформируются; это
беспорядочное движение указывает на то, что при смешении
твердых веществ наблюдается проuесс, сходный с диффузией, и
что общая теория смешения применима к таким системам. "
Рассмотрим простой пример смешения. Исходная ориентаuия
материала показана на рис. 3,2, а_ В результате смешения тре..
буется получить расположение, показанное на рис. 3,2, б; при
указанных на рисунке размерах элементов объема (сетка). При
и
смешении ПЛощадь поверхностеи раздела увеличивается так, что
проходит через каждый элемент объема системы. КО,.пичества ма..
териалов двух типов в каждом элементе объема находятся в том же
отношении, что и в системе в целом. Та КИJ\1 образом, наиболее
важными являются следующие три фактора: 1) значительное уве..
u
личен ие поверхностен контакта компонентов при смешениИ;
]42
rл. 111. СМЕШЕНИЕ И ДИСПЕРrИРОВАНИЕ
- Jr
2) распределении поверхностей контакта по всему объему системы;
3) сохр анение общеrо отношения компонентов в каждом элементе
объема.
Первый фактор количественно рассматривается на стр. 139
Второй фактор можно приближенно оценить по исходной ориен-
u
тации поверхностеи контакта относительно направления потока
\
,
[\"
"
\
....'1 " \r\
'- '-"..., '" '" ...
"....... '- ,'\., "1,"",",,,, ,-'1
\ \. r'-\r
1\ '1 ,
\ ' ' \
" ,
" "1,
1\' \ \ \
I j,'-Э i 'J . t\.
..
r\'
"
(\ \.,
'1\
r\. '- 'j
, \
'\
"
{\\..
., '\
f\. '-
\
... \
"
\
.
а
'0
,
РИс. 3,2. Простейший пример смешения.
в системе. Третий фактор определяется с наименьшей точностью.
При оценке этоrо фактора предполаrается, что при большом коли..
честве элементов, содержащих поверхности раздела в пределах
рассматриваемоrо объема, отклонение отношения объемов компо..
нентов от их отношения во всей смеси пренебрежимо мало. При..
.мер, показанный на рис. 3,2, носит чисто иллюстративный харак"
тер, так как не существует способа придания компонентам в смеси
.точно заданной конфиrурации.
Роль увеличения площади поверхностей контакта была вы..
явлена в преДЫДУЩИХ разделах. Количественные расчеты увели-
u
чения площади поверхности под деиствием сдвиrовых и растя-
rивающих деформаций при смешении системы приводятся в При-
ложении А. Поверхность раздела, увеличившаяся под влиянием
сдвиrовых усилий, может быть рассчитана по формуле 17 :
8 80 V 1
...
2.М cos ах COS ау + М2 cos 2 ах
(21 )
rде S
80
М
cos ах, cos ау
площадь поверхности раздела после сдвиrа;
начальная площадь поверхности раздела;
величина деформации сдвиrа du;/dy;
d
направляющие косинусы исходно и поверхности
контакта относительно системы координат, опре..
u
деляемои направлением сдвиrа.
СМЕШЕНуIЕ
143
,
,
.
.d>...I'8"
..........
.
,.
Увеличение поверхности раздела под В.пияниеI\t1 растяrиваю
щей деформации может быть рассчитано по формуле:
S So
.11 , v
2 ? 2
CGS ах COS а. у I COS а. z
Х2 -1 У 2 Т 22
(22).
rде Х, У, Z отношение расстояния между точками до деформа .
ции к расстоянию между теми же точками поСЛе'
деформации в направлении соотвеТСТВУЮIЦИХ осей:
координат:
ди*
х
дх '
au: lJ
у
ду ,
дu;
az
Так как исходная поверхность не является плоской, а имеет
сложную форму, то сначала следует разбить ее на малые .участки
которые можно было бы рассматривать как плоские, и .суммиро.....
вать полученные результаты. Если течение смеси во BC M' р.абочем
объеме смесителя сложное, то процесс может быть разбит на ряд
u u .
процессов каждыи из которых следует рассматривать как, ЧИСТ IИ
СДвиr или как чистое растяжение, причем начальное состояние:
.ориентации каждоrо данноrо процесса является результатом'
предыдущеrо процесс а .
Если элемент системы ПОДверrается сдвиrу со ,скорост.ью
du/dr и одновременно поперечному перемещению на расстоянии . :.
со скоростью и, то общая деформация СДвиrа будет равна: '
L
dujdr dl
u
(23)'
м
.
,
о
,
:Таким образом, при вычислении общей деформац и "сдвиrа
цеобходимо знать профиль скоростей в поперечном сечении c .
- . , .
. .
стемы.
. Ранее бьrло показано, что среднее значение толщины полос r
u u.
является мерои степени разделения при неслучаином распределе--
нии компонентов смеси. Средняя ТОЛЩИllа полос связана сотноше...
ни ем площади поверхностей контактов к общему объему системьr
следующим уравнением:
2
5/V
2
(5/50) (So/V)
(24)
' .
Отношение исходной поверхности к объему (So/V) ВЫЧИСЛЯ.ется
Из. первоначальной ориентации, которая может быть точно опре-
делена; отношение конечной и наЧ'альной поверхности (8 /So),
144
r.}] , III. С 1ЕШЕНJ1Е И ДI1СПЕРr:VIРОВАНИЕ
.
J
как это было показано выше, также можно рассчитать, если из
вестен характер течения массы в системе. Следовательно, можно
определить и среднюю толщину полос. Для данной системы тол..
щина полос, рассчитанная таким образом) сравнивается снекото..
рым эталоном, характеризующим rотовую, приrодную для ис...
пользования смесь. Iiаоборот, зная требуемую толщину полос и
начальную ориентацию компонентов, можно подсчитать необхо
димую величину деформации сдвиrа и сконструировать СО от вет с т..
u
вующии .смеситель.
Выше указывалось, что диффузия является процессом, только
способствующим достижению полноrо статистическоrо беспо
рЯдка в смешиваемой системе. В определенных типах смесите...
u u u
леи с заданнои начальнои ориентациеи компонентов смешение
происходит только за счет диффузии. Это было показано 12 на
u
примере вращающеrося BOKpyr rоризонтальнои оси цилиндра,
в котором два компонента первоначально располаrались в про-
тивоположных концах. При известном коэффициенте диффузии
скорость уменьшения интенсивности разделения можно вычис"
u
лить, зная rеометрию исходнои системы и пользуясь уравне 48
ниями диффузии. По аналоrии с расчетами для теплопровод..
ности в твердых телах для расчета диффузии в случае простых
rеометрических условий можно использовать специальные таб...
ЛИЦЫ (rенри Лурье, rоттель)13. Однако в промышленных сме..
сителях диффузия обычно протекает крайне медленно ввиду
больших объемов перемешиваемых компонентов.
В тех случаях, коrда наблюдается одновременно и диффузия,
v
И увеличение площади внутреннеи поверхности при сдвиrе и
растяжении, обычный количественньrй анализ сопряжен с очень
большими трудностями. Один из методов, дающий полуколи-
чественное решение этой задачи, основан на предположении) что
средняя толщина полос обратно пропорциональна времени сме-
шения. Вычисление времени смешения, необходимоrо дл я до...
стижения определенной интенсивности разделения 1 D, приведено
в Приложении 2.. Время смешения в системе с данной скоростью
сдвиrа l(duldr)средн..] определяется по уравнению:
3
t. M
3V 2 1n . 2sin e
'D tд1t
du
1t2DvS . dr COS С1. х
среди.
....
2
(25)
Наибольший коэффициент использования смесителя получает...
. U
ся при оптимальном ориентировании исходнои поверхности кон-
такта относительно направления потока в системе. Обычно l ? это
С..v\ЕШЕНу Е
145
r
...Т....,#....
соответствует условию cos ах 1. Конструктор чаще Bcero не
знает, как эксплуатационник будет ориентировать компоненты
смеси в начале процесса. Поэтому он должен проектировать CMe
ситель так, чтобы был обеспечен такой характер течения, при
котором время смешения не зависело бы от расположения наи
меньшеrо компонента в смесителе в том случае, если доля ero
8 системе очень мала. Это решение не всеrда обеспечивает макси
мальный коэффициент полезноrо действия при тех ориентаuиях,
KOTopbre используются на практике. Он может быть повышен,
если исходная ориентация компонентов точно определена и YKa
зана до начала конструирования смесителя.
Смешение системы происходит в резу льтате вынужденноrо
относительноrо движения компонентов в пределах системы вслед-
ствие деформации сдвиrа или растяжения. При этом, естественно,
совершается относительное движение rраниц системы, иноrда
под действием rравитационных сил. Таким образом, очевидно,
"QTO движение в любой точке системы непосредственно связано с
перемещением rраниц системы и зависит от реолоrичеСI{ИХ ха
рактеристик материала в каждой точке системы. Например, ча..
(1
стицы очень вязком смолы, реrулярно распределенные в жид..
кости с очень низкой вязкостью, не деформируются, несмотря на
ТО, что смола в массе может деформироваться. Но если частицы
высокой вязкости не MorYT быть деформированы, то невозможно
увеличить поверхность контакта и никаких качественных иэме..
"нений смеси не произойдет. При конструировании смесителя не-
обходимо учитывать физические характеристики смешиваемых
компонентов. В рассмотренном примере необходимо, чтобы весь
материал в течение HeKoToporo времени был пропущен через дo
статочно малые зазоры.
В производстве пластических масс особый интерес представ-
ляет такая начальная ориентаuия компонентов, которая может
быть охарактеризована как статистически беспорядочная смесь
rранул 15 . Такую смесь получают путем перемешивания rранул
двух компонентов. Получившаяся смесь пластицируется и де..
формируется во вторичном смесительном устройстве, например
в шприцмашине или на вальцах. Расчет среднеrо значения тол..
щины полос для этоrо случая дан в Приложении с. Средняя тол..
щина полос r определяется по формуле:
L 1
'. мв
(26)
J
Это выражение дает количественную сВЯзь между практически
используемыми величинами:
1) Чем больше начальная степень неоднородности Ll' тем боль
ше должна быть интенсивность смешения (большая ве ТIичина М).
10 Переработка термопластичных материалов
146
rл. 111. СМЕШЕНI1Е И ДИСПЕрrI-1РОВАНИЕ
Ih.....
2) Чем меньше требуемая средняя толщина полос " тем бол.ь
ше должна быть интенсивность смешения.
3) Чем меньше объем компонента, взятоrо в меньшем коли..
честве 8, тем больше должна быть интенсивность смешения. Tpyд
нее смешать малое количество с большим количеством материала,
чем материал с соотношением компонентов 50 : 50. . :,
Поскольку исходная смесь рассматривалась как смесь со слу-
чайным распределением компонентов, среднее значение r должн.о
быть меньше Toro значения, которое соответствует заданной сред"
ней концентрац и. Это уменьшает вероятность появления полос
больше заданной толщины, что Достиrается введением в расчет
величины деформации сдвиrа коэффициента надежности.
Принципиальные отклонения от предпосылок, на которых
основана общая теория смешения, появляются при смешениц
сы.пучих твердых материалов. Если твердые материалы имею.т
различные размеры частиц, форму, плотность, поверхность. или
u
они подвержены различному воздеиствию электростатических
сил, то применение обычноrо уравнения диффузии невозможно..
В этих случаях теория смешения должна быть дополнена экспе,-
риментальными данными. . '
Периодический процесс смешения
Периодический процесс смешения (смешение в замкнут.о.й
емкости) состоит в распределении всех компонентов. исходной
системы по всему объему системы так, чтобы процентное COOT.
ношение компонентов в пределах любоrо элемента объема данноrо
размера, взятоrо из системы, отклонялось от общеrо соотношения
.
компонентов в системе в uелом лишь на допустимо малую величину.
Процесс. осуществляется при относительном движении rраниц
u u
системы за' период времени, Достаточныи для получения «хорошеи)
смеси. Этот период времени называется «временем смешения»,..
Решающее значение имеет первоначальная ориентация поверх."
u
ностеи раздела компонентов, подлежащих смешению, относитель
но направления потока в смесителе. В некоторых образцах сме..
с"телей время смешения может быть значительно уменьшено
при соответствующем первоначальном размещении компоненто.в.
Это размещение должно обеспечивать максимальную скорость
увеличения поверхностей раздела. В этом случае быстрее умень"
шается толщина полос, сокращается расстояние, которое про
ходят частицы при диффузии, и увеличивается число полос в лю...
бой пробе. При конструировании смесителя необходимо обес
печить такой характер течения в нем, чтобы время смешения было
одинаковым для любоrо исходноrо размещения компонентов 9 .
Это достиrается в том случае, если характер течения обеспечи
СN1.ЕШЕНИЕ
147
..
Q
вает постоянство времени смешения для очень малои доли MeHЬ
шеrо компонента (предположим 0,01) независимо от ero началь..
Horo положения в системе. Если исходная ориентация заранее
учтена конструктором, тоrда MorYT быть найдены условия тече
ния, обеспечивающие минимальное время смешения.
Определенные типы смесителей, например цилиндрические
вальцы и вращающиеся барабан'ы, создают поток с замкнутым
ц,иклом. Исходная ориентация в таком смесителе должна обеспе
чивать совпадение средней концентрации по любой линии тока
со средней концентрацией в системе в целом. Если это условие
не выполнено, частица должна диффундировать на большие рас..
стояния, что сопровождается замедлением процесса смешения.
Практически смешение ускоряется путем периодической переори
'ентации материала в смесителе в процессе смешения.
а
о
IJ
Рнс. 3,3. Значение начальной ориентации.
Примером простоrо смесителя с замкнутым -объемом является
ротационный вискозиметр, схема KOToporo дана на рис. 3,3.
Сначала рассмотрен случай, коrда материал размещен так, как
показано на рис. 3,3 а. При ориентации координатной системы в
направлении, указанном стреЛI{ОЙ, cos а. х 1. Поэтому в резуль
т.ате деформаций сдвиrа при вращении цилиндра быстро увеличива
.ется площадь поверхностей контакта. На рис. 3,3 б и 3,3 в по
казаны исходные ориентации, при которых cos а. х О> и, следова-
тельно, СДВиr не вызывает никакоrо увеличения ПЛощаДИ повер""
'ности контакта. При таких ориентациях смешение может осу..
ществляться только за счет диффузии, которая протекает cpaB
нительно медленно. Любой, сколь уrодно малый элемент объема
остается на одном и том же расстоянии от основания и от поверх..
ности цилиндра в процессе сдвиrа. Каждый элемент движется
BOKpyr цилиндра по замкнутой траектории. Таким образом,
одинаковые среДние концентрации по любой замкнутой TpaeKTO
рии достиrаются только при начальном расположении компонен
тов в форме секторов (рис. 3,3 а).
10*
148
r.ТI. 111. СМЕШЕНИЕ И ДИСПЕрrИРОВАНИЕ
......... """""""w
Непрерывный процесс смешения
Непрерывный процесс смешения это процесс, в котором'
смешиваемый материал заrружается в рабочий объем смесителя
в одном месте, а продукт смешения извлекается в друrом. За.
rрузка материала и ero извлечение MorYT осу[Цествляться непре
рывно или периодически. Но в любом случае рабочий объем сме..
u
сителя всеrда до какои то степени заrружен материалом в проти
воположность .процессу смешения в заМКН)7ТОМ объеме. При не-
прерывном процессе смешения обычно решают следующие две
задачи:
1) Компоненты по отдельности вводятся в смеситель с опре-
де'ленной скоростью; при этом необходимо, чтобы соотношение
компонентов в смеси в пределах пробы определенноrо объема
в каждой точке на выходе из системы было достаточно близким
к соотношению компонентов в смеси в целом.
2) В смеситель заrружаются компоненты, взятые в некотором
отношении, которое меняется со BpeMeHeM при этом требуется
уменьшить флуктуации среднеrо значения концентрации во вре..
мени на выходе из смесителя.
Эти две задачи являются совершенно разными, и их решение
приводит к различным принципам конструирования и анализа.
Поэтому в каждом отдельном случае необходимо точно опреде...
лить цель операции смешения. Иноrда требуется одновременное
решение этих задач.
В первом случае концентрация в пробе определенноrо объема
В поперечном сечении на входе сильно варьирует от точки к точке...
Цель смешения заключается в том, чтобы обеспечить снижение
u
этих вариации концентрации в поперечном сечении на выходе
из смесителя до пренебрежимо малых значений. Это достиrается
деформацией массы материала относительным движением rpa..
ниц системы по мере прохождения материала от входа к выходу.
rраницы раздела компонентов в начале процесса должны быть
так ориентированы относительно направления потока, чтобы
при прохождении через смеситель поверхность каждоrо элемента
объема значительно увеличивалась, а для этоrо неоБХОДИМО: 1 пере-
u
сечение этих поверхностен всеми линиями тока при прохождении
в смесителе. Оптимальные условия течения достиrаются тоrда,
коrда каждый поступающий в смесите.J1Ь элемент объема под-
верrается одинаковой деформации сдвиrа, причем направление де-
формации каждоrо элементарноrо объема оптимально относительно
ИСХОДноrо расположения компонентов и не изменяет знака во все
Время смешения.
Из общих условий, характеризую[Цих течение системы, и по
u
начальнои точке Движения элемента при ламинарном течеНИI!
С \ЕШЕrIl-1Е
149
P'"
.
можно рассчитать траектории каждоrо элемента объема. Ламинар...
u
ное течение возникает при смешении очень вязких жидкостеи.
В большинстве случаев смешения твердых сыпучих материалов
течение также .можно рассматривать как ламинарное. Анализ
процесса лучше Bcero начать с определения величины деформа..
u
ЦЦИ СДвиrа, получаемои элементами в точках, расположенных
в поперечном сечении при входе. Величина СДвиrа рассчитывается
по скоростям движения в поперечных сечениях при условии, что
скорости должны быть известны для каждой точки системы. Зная
u
исходную ориентацию поверхностеи раздела, сдвиrовые и растя...
rивающие деформации при входе и выходе, можно рассчитать
u
толщину полос в каждои точке поперечноrо сечения смеси пр и
выходе из смесителя. Эти толщины, заданные как функция Bpe
мени пребывания системы в смеситеде, и коэффициент диффузии
определяют момент окончания смешения. По относительной ве...
личие толщины полос в любой точке материала, выходящеrо
из смесителя, можно определить качество смеси путем Gравнения
с некоторым эталонным продуктом. Постоянство толщины полос.
в каждой из этих точек дает возможность определить коэффициент
u
полезноrо деиствия смесителя.
Пример TaKoro расчета приведен в Приложении D для случая"
Коrда чередующиеся диски материалов пропускаются через трубу
в условиях ламинарноrо течения. На основании расчета следует,.
что толщина полос значительно уменьшается в сечении на выходе
и зависит от типа матер иала и требуемой степени перемешивания.
Расчет такой простой системы дает представление о трудностях
анализа более сложных условий течения.
Второе назначение смесителей это выравнивание флуктуаций
концентрации ОДноrо из вхо,дящих компонентов. При решении
этой задачи предполаrалось 7 , что концентрация одноrо из вводи
мых компонентов является случайной функцией времени, а от...
u
ношение дисперсии конuентрации на выходе и входе можно pac
считать, используя нормализованную автокорреляцию концен..
трации при входе и распределение времени пребывания в смесителе:
00 со
02
О
a
l
O (t)
01 (t)
2 Фii ('t) Е (t) Е «( + 't) dtd't
(27)
'C Ot==O
rДе Е (t)
Фii('t)
распределение времен нахождения компонента в
смесителе;
Oi(t)Oi(t+1:) Ф
д. "" '"" нормализованная автокорреляция лук...
oi(t) туаций на входе в смеситель;
u
отклонение от среднем концентрации соответственно
на входе и выходе.
0i' ой
150
rл. 1[1. СМЕШЕНИЕ И ДИСПЕРrИРОВАНИЕ
..
Нормализованная автокорреляция флуктуации на входе xa
рактеризует время, в течение KOToporo наблюдаются отклонения
от средней концентрации. Прежде чем приступить к конструирова
U u
нию смесителя с заданнои величинои уменьшения вариации KOH
цент раций, необходимо установить вид этой функции. Распределе-
ние времен нахождения в смесителе зависит от характера течения
и рабочеrо объема смесителя. Это распределение может быть полу-
чено экспериментально с помощью меченых атомов на существу'"
ющих установках или моделях или путем расчета, если известны
параметры течения в системе 5 . Пример расчета простоrо случая,
представляющеrо практический интерес, приведен в Приложе..
нии Е.
Подобная задача возникает при определении времени, необ
ходимоrо для очистки смесителя непрерывноrо типа, т. е. Bpe
мени, в течение KOToporo концентраuия ранее перерабатывавше-
'rося материала остается большей, чем это допускают требования
к чистоте перерабатываемоrо материала. Распределение времен
нахождения материала в смесителе показывает, -как изменяется
концентрация со временем.' Время, необходимое для очистки,
зависит от характеристик исходноrо и полученноrо материала и
определяется теми т'ребованиями, которые в каждом отдельном
случае предъявляются к материалу при ero использовании (на-
пример, очистку от черных материалов про изводить труднее,
чем от светлых). Кроме Toro, для эксплуатационных характеристик
rOTOBbIx изделий иноrда может оказаться наиболее существен
ным не концентрация постороннеrо материала, а места, в ко-
торых он содержится.
Мощность, расходуемая при смешении
На основании рассмотренной выше: общей теории смешения
можно определить мощность, требуемую для осуществления этоrо
процесса. Выведенные ранее соотношения позволяют вычислить
величину деформации сдвиrа, необходимую для получения тре--
буемой толщины полос, исходя из начальноrо расположения
компонентов. По этим данным и реолоrическим характеристикам
компонентов (зависимости скорости сдвиrа от напряжениЯ сдвиrа)
можно рассчитать требуемую мощность для заданноrо времени
смешения.
Удельная мощность (мощность, отнесенная к единице объема)
равна l1роизведению напряжения СДвиrа на скорость сдвиrа:
dF du \ (28)
dV 't ш-
Большинство производственных установок рассчитано на опре
деленные скорости сдвиrа. Так как напряжение сдвиrа 't может
СМЕШЕНИЕ
151
&1,.
..... ......
меняться со временем (процессы в замкнутых объемах) или с из...
менением расположения материала в смесителе (непрерывное
смешение), общая мrновенная мощность определяется интеrриро
ванием по объему системы.
Рассмотрим процесс смешения в замкнутом объеме. Время
смешения t M , величина сдвиrа М Предположим, что скорость
сдвиrа постоянна в любой точке системы, тоrда:
du .. iИ
d( ..t' (29)
м
. ,
Соотношение между скоростью и l:fапряжением сдвиrа в MaTe
риале дается уравнением:
к
du
dr
п
"t
(3О)
Подставив это выражение в уравнение (28), можно найти МОЩ"
ность:
du п+l М п+l
р . к V KV
dr, . . t M
rде К вычисляется для данных кон Кретных УС 10ВИЙ.
ДЛЯ сыпучих твердых материалов процесс обработки не влияет
на величину К и потребляемая мощность не меняется во времени.
Для вязких жидкостей, однако, работа системы приводит к повы
шению температуры; в связи с этим уменьшается .К и понижается
потребляемая мощность. '
. Рассмотрим процесс непрерывноrо смешения. Известны объем
системы V, расход материала (ж.идкоrо) в единицу .времени q
и деформация СДвиrа М. Если все элементы материала xapaKTe
ризуются одним и тем же временем пребывания в системе и если
скорость сдвиrа одна и та же в "ryюqой. точке рабочеrо объема CMe
сителя, значение этой скорости можно опр.еделить из уравнения:
du Mq .
dr V
(31 )
(32)
Если реолоrические свойства материала описываются урав..
нением (30), а величина К постоянна по всему объему смеси
(сыпучий твердый матер иал или изотермически смешиваемые
вязкие жидкости), то можно вычислить мощность:
КЛ1 11 + 1 qfl+l
Р '"'
. VlZ
(33)
При неизотермичеСI{ОМ смеltIении ВЯзких жидкостей интеrри
рование по объему системы возможно в том случае, если известно
распределение температуры в системе..
152
rJJ. 111. СМЕШЕНИЕ l'I ДИСПЕРrИРовАНИЕ
......
Общая мощность, необходимая для Сl\rlешения, минимальна
ПРуl адиабатическом протекании процесса смешения.
. Если тепло отводится из системы, то мощность на валу при
меПlении материалов высокой вязкости должна быть увеличена.
В то же время, если тепло подводится к системе, мощность на
валу понижается, а общая требуемая мощность увеличивается,
что обусловлено повышением температуры смеси на выходе. '
Приведенный расче1 дает. минимальное значение величины
мощности, необходимой для достижения желаемоrо результата.
В действитеЛЫiОСТИ требуется большая мощность. Это ЯВL;f{яется
результатом неизбежных отклонений от указанных выше усло-
вий: 1) скорость сдвиrа постоянна в ,,1Jюбой точке системы;
,2) сдвиr происходит в одном направлении; 3) каждый элемент
.материала остается в смесителе непрерывноrо типа одинаковое
время. При конструировании смесителей следует возможно более
CTporo выполнять эти условия. Мерой экономичности работы сме..
сителя является коэффициент полезноrо действия:
. p
Теоретическая МОЩНОСТЬ
.".
Фа]{тиqески потребляемая МОЩНОСТЬ
(34)
Данные, необходимые для расчета процесса смешения
Ниже приводятся ч.е lыре основные катеrории данных, необ..
ХОД!iМЫХ для расчета процесса смешеliИЯ"
1) Должны быть известны физические свойства смешиваемьrх
компонентов; раЗl\rlеры частиu каждоrо компонента; являются
ли размеры, форма частиц и плотности компонентОв в доста1'ОЧ"
ной степени сравнимыми для Toro, чтобы необходимое время
смешения и. интенсивность разделения были минимальными;
СОВ1\lестимы ли жидкие компоненты в пределах необходимьrх кон..
центраций; являются ли вязкости обоих компонентов доста..
точно близкими при данных температурах; являются ли реоло-
rические характеристики подходящими при всех возможных кон...
центрациях; КОЭффИIlиент диффузии системы.
2) Должны быть известны условия течения в пределах рас..
сматриваемоrо объема системы: является ли течение ..rJаминарным
или турбулентным; установившееся ли течение; можно ли описать
u u u
скорости в каждои точке системои уравнении; существуют ли
замкнутые линии тока; каково направление сдвиrа в системе
(одно направление или имеет место возвратно--поступательное
движение); распределение времен пребывания в смесителе не-
\)
прерывноrо деиствия..
3) Должна быть известна исходная ориентация компонентов:
'возможен ли выбор исходноrо расположения компонентов или
....... -..
153
......
ДИ СП ЕР rИ РОВ,Д.1IИ Е
. он обусловлен предыдущими этапами обработки; пересекаются.
ли компоненты всеми линиями тока; расположены ли поверхности
контакта наиболее удобно для быстроrо их увеличения при дефор
мациях сдвиrа.
4) Должны быть тщательно установлены требования к свой..
ствам rотовой смеси: объем пробы, в которой определяются пара
метры смеси, допустимые отклонения пара метров смеси в пределах
пробы данноrо объема, веJlичина ошибок измерений
Дисперrирование
ДIIсперrированием называется ПрОllесс, при котором проис
ходит значительное изменение физических характеристик двух
И-ЛИ более компонентов смеси.
В качестве примера рассмотрим процесс введения наполнителя
в смолу. Сначала наполнитель существует в виде твердоrо сыпу--
чеrо материала либо в виде частиц, распределенных в какой..либо
жидкой среде; в реЗУt.пьтате дисперrирования должна быть ПОt.ТJу--
цена однородная суспензия наполнителя в смоле.
Дисперrирование обычно проводят в две стадии. Первая CTa
дия введение твердоrо наполнителя в массу смолы. Вторая ста....
дия деаrломерация (измельчение и распределение или раство'"
рение твердоro наполните.JlЯ до получения заданноrо продукта).
Прll введении твердоrо материала в смолу ее необходимо раз---
мяrчить наrреванием; это способствует обволакиванию комков.
Твердоrо наполнителя смолой. Воздух, попадающий в смолу с
комками наПОЛНliтеля, удаляется либо специальными спосо
бами, либо в результате диффузии через смолу. Это удаление-.
ускоряется деформациями сдвиrа, наrреванием и давлением.
Чем меньше комки наполнителя перед дисперrированием, тем
меньше возможность захвата инородной среды. Комки твердоrо-
наполните.ПЯ должны быть тщательно измельчены и хорошо рас....
"ределены по объему до начала процесса введения в смолу. Если
смола смачивает наполнитель, скорость диффузии инородной.
среды неизбежно повышается по мере увеличения площади по..
верхности; таким образом, поверхностно..активные вещества,.
способствуют удаJ1ению посто.ронней среды. Введение красите-
"лей в смолу происходит леrче, чем твердоrо наполнителя, блаrо..
даря диффузии, ускоряющей этот процесс. "(} астицы должны быть.
как можно мельче, чтобы обеспечить наиболее полное растворе...
ние за время обработки. .
Деаrломерация или растворение твердых веществ в смоле зна..-
чительно ускоряется в _результате деформаций сдвиrа. частицы
твердых ВЕ:'ЩЕ:'с'rв удерживаются в комках поверхностными или
электростатическими СИЛRМИ (или теми и друrими BMeCT . Эти.
154
r л. 111. СМЕШЕ lИЕ И ДИСЛ'ЕРrИРОВАНИЕ
1
силы MOrYT быть .преодоленыl приложенными 1\IеханичеСКИ1\1И си...
,Jlаl\А.И. С увеличение 1 скоростей сдвиrа напряжения сдвиrа 'ВОЗ"
растают, пока смола. сох раняет ,способ'ность деформир'оваться.
Поскольку в большинстве производственных установок напря-
жения сдвиrа измеНЯIО,ТСЯ в зависимости от расположения мате--
риала в смесителе, важно 'знать, "пр.и каком характере теч'ения
весь обрабатываемый матери.ал в .п'роцессе' обработки пройдет
через область м;акси.мальн'оrо I1апряжения. !.
ДеаrЛОl\1ерация твердых инrредиентов проходи'r наиболее ин..
u
teI-IСИВНО при первонач дьном пер мешивании смолы, содержащеи
30 70 твердоrо, наполнителя. В этом случае мощность исполь--
зуется более 'эф,фективно, 'так' Ka K сдвиrу' подверr2ЮТСЯ небольшие
объемы смолы. К'роме To.ro, локальное поле напряжений у".'комков
Твердоrо наполнителя может быть.. hamh.o-rо ВЫШе, чем с'редне-е
по объему, блаrода.ря тому, что комки .материала движутся вдоль
смежных линий тока'. По..ТJученн.ЫЙ. концентрат может быть {(.р'зз..
бавлен» соотвеТСТВУЮII ИМ кол'ич'еством смолы TaK нзз'ываемое
смешение с применением мат,оч,ных смесе.й (nlaster--batchi ng).
Растворение твердых. \ веществ (красителей) 'ускоряется де-
r.рормациями сдвиrа 'бл аrод'ар я , п'осте,пен:ному сокращению 'pac
u
стоянии между аrломераТ..ами твердоrо наполнителя и улучшению
УСЛО'вий диффузии. В этих случаях целесообразно использовать
концентрат, так как красители обычно применяются в количе...
ствах значительно мень'ших, чем требуется для насыщени:я рас..
твора.
. . .
ПРИЛОЖЕНИЕ А
УВЕЛИЧЕНИЕ .ПОВЕРХНОСТИ КОНТАКТА .ПРИ ДЕФОРМА.ЦИЯХ СДВиr А
. И РАСТЯЖЕНИЯ
Деформации сдвиrа. Предположим, что э'лемент плоской по
веРХI10 ТИ совпадает с началом прямоуrольной системы коорди"
нат. Положение этоrо элемента в пространстве опре.целяется дву"
мя 11З трех IIаправляющих косинусов нормали к поверхности эле...
. MeHTa Рассмотрим единицу поверхности, площадь которой харак"
теризуется HopMa 1ЬHЫM вектором (рис. 3,4):
N cos Clxi + cos y aj + cos azk
rде
N
u u
едиНичны 11 вектор, нормаЛЬНЫIf к поверх..
насти;
,направляющие косинусы нормали;
. единичные вект()ры соответственно в наn.
u
правлении осеи х, у, z;
cos 2 ах + cos 2 ау + cos 2 a z 1
cos ах, cos ау, cos a z
. i, j, k
rIРИЛОЖЕ IИЕ А
155
.J>....<L l............
u
Рассмотрим теперь два вектора в плоскои поверхности, один
из которых лежит также в плоскости х z(a), а друrой в П ТIоско"
сти x .y(b).
Уравн ния этих веКТОрОВ мож--
но заl1исать слеДУЮЩI'IМ образом:
z
а А 1 i+Оj+А з k
Ь B 1 i + B 2 j Ok
(Al)
(А2)
«z
a!J
rде А 1 , А 3' В 1 И .82 константы,
определяемые СОО'fношениями:
ах
g
Na о
Nb О
х
аЬ N
Рис. 3t4. Вектор в прямоуrО&ilЬНОЙ
системе координат.
Этим уравнениям J'довлетворяют следующие два вектора:
а
COS а Z · + О .
1 j
-.1 cos cl х
v cosa k
(АЗ)
cos a z
t cos ах
i + V cos ах j + Ok
Ь
(А4)
ПУС1 1 Ь вектор u* характеризует смещение точки с координа..
тами х, у, z в нОвое положение с координатами ..t', .lJ', z' при Де-
формации рассматриваемой системы. Величину деформации сдви
ra в вязкой среде обозначим через М du;ldy
Если u * О в начале 'координат, то u; Myi, и это вектор
добавляется к а и Ь JIЛЯ получения векторов в плоскости поверх--
ности после деформации (а', Ь'). Вектор а не изменяется, так
как плоскость х z не Деформируется при сдвиrе:
Ь'
ь + п; ь + Myi M V c os(tx
cos ау · , / · Ok
. 1 + v cos axJ+
-.1 cos ах
Отношение площади поверхности раздела .после деформации
к площади пове!)хности раздела до деформации выражается:
s
80
'а' Х Ь'}
}а Х Ь,
1/ 1
]cos a.,.j + (cos ау М cos ClZ)j + cos CI z k1
1
2М cos а х cos ау + j\12 cos 2 ах
(А5)
156
rл. 111. СМЕШЕНI' Е 1'1 ДI'-!СПЕрr1'IРОВАl-JИЕ
"IXI
Деформации растяжения. Допустим, что начальная поверхность
расположена так же, как и в предыдущем случае, векторы а' и Ь
лежат в плоскости поверхности и система' подверrа'ется дефор..
мации . растяжения (рис. 3,5). Коэффициенты удлинения Х, У,
.z соответственно вдоль осей х, у, z определяются отношени'ями:
х
Х 2
w
Хl
у
У2
Уl
Z
Z2
21
Если объем не из!\.tеняется, то
,
X2Y2 Z 2
"
X1Yl Zl
1
. XYZ ,
"
У/
!/2.'
2/
. . ,
Х;
22.
. '.
ХС
Рис. 3,5. Деформация растяжения.
Деформированные векторы а" и Ь" получаются умножением
.коэффиuиентов в выражениях (А3) и (А4) на соответствующие
коэффиuиенты. 'удлиненИЯ: .
Ь"
х osaz. i + YOj zy co sa: k
-у cos ах
cos а- "
х -{ y i- \ У -v cos ах j ' 1 lOk
cos а- х
а"
.
Отношение площади поверхности контакта после деформации к
u
исходно и:
.
S
............JIbIIh..
So
la ll х b"l
la х Ь'
IYZ cos axi + XZ cos a-yj + ХУ cos azkJ
r
. ]
(; 052 ах cos 2 а. у ' cos 2 ctz:
""" Х2 + : У2 +. l2:'
. .
,
(АВ)
Совместное действие деформаций сдвиrа и растяжения. В случае
поочередноrо воздействия деформаuий сдвиrа и L растяжения вели
1
[1
157
ПРИЛОЖЕНИЕ в .
ЧИНЫ деформации сдвиrа и коэффициентов удлинения MorYT
быть пред ставлены следующим образом:
Сдвнr
Л.1 0
УДJ11-1неиие
ХА, Уа, Zo
Сдвиr
М 1
Удлииение
Х 1 , У 1 , 21
Сдвиr
М п
Удлииение
Хп, у п' Z//J
Отношение площади поверхности контакта после деформации к
u
исходно и:
........
5
50
+
cos ау
У о У 1 ...У п
COS ах . Мо Х о Х 1 ,'.Х п +
Х о Х 1 ...Х п у ОУ 1 ... У п
COS ах
"
Х о Х 1 .. .Х п
2
'+ Mt X]'''X n + . . . + М п Х п
y1...y п У п
2 COS а 2
+ z
Z 021. · · Z п
(А7)
rде cos ах, cos а у , cos Uv z
направляющие косинусы нормали к ис-
u u
ходнои поверхности, ориентированнои по
направлению СДflиrа.
.
ПРИLТIО>К.ЕНИЕ В
ОДНОВРЕМЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ДЕФОРМАЦИИ сдвиrл И ДИФФУЗИИ
Рассмотрим прямоуrольный пара&l'Iлелепипед объема V; перво..
начальная длина одноrо ребра Lo и' площадь rрани, перпенди
кулярной этом)' ребру, Ао. Если поверхность увеличиваеl"СЯ
u
'1инеино со временем, то
А Ао (1 +. kt)
.
rде k константа (время-'- l );
t время (рис. 3,6).
При постоянном объеме:
V LoAn
......
А A j (1 + kt)
l
L
..
Lo
(] + kt)
l
Рис. 3,6. Схема
одновременноrо
Предположим, что оба l<омпонента ориен- действия сдвиrа и
"'тироваНbJ, как показано на рис. 3,6. Относи диффузии.
u
тельное расстояние от левои rрани параллелепипеда до некото.
"рой точки в объеме
х
1
L
Уравнение диффузии:
дс D
at t
д 2 с
дl 2
Dv
L2
д 2 с
..
дх"2.
(АВ)
158
r л. 111. СМЕШЕНt.'IЕ уl ДИСПЕРrИРОВАНИЕ
rде с
t
Dv
1
КОI-Iцеllтрация компонента в точке;
время;
коэффициент диффузии;
u
расстояние от левои rрани параллелепипеда д() некото"
рой точки в объеме;
L ДЛllна параллелепипеда;
u
хотносительное расс'rОЯI1ие от левон rрани пар а\ттлелеп и...
педа.
Это отношение оrраничrно начальными условиями:
с 1
с - О
о х< 8
8<x 1
rраничные условия:
дс
.
.
дх
о
х . О
х . 1
и
L
Lr!
".
(1 + kt)
Решение этоrо уравнения IIMeeT вид:
ос
2
п ехр
q l
7t2q2Dv [(1 + kt)3
3L 2 k
О
1 ]
sin q "11:8
cos q7!X
q
(А9)
(с
8)
..ь....
Средняя величина дисперс и среднеrо значения доли меньшеrо
ко:мпонента 8 равна:
1
(с 8)2 dx
1 00
2
п- ехр
о q== 1
1t2p2DV [(1 + kt)3
3L 2 k
О
1 ]
х
02
о
1
dx
о
<::0
si nq7tE> 2
Х cosq7!X dx
q
2
2 ехр
7t
q l
27t2q2Dv [( 1 + kt)3 ... 1]
3L 2 k
о
Если kt-> 1 (как это бывает обычно) и если
7t2Dvk2t3
> 1
3L"
ПРИЛОЖЕНИЕ В
159
.....,....... ....
все члены ряда, за исключением nepBoro, пренебрежимо малы.
Частное от деления корня квадратноrо ИЗ дисперсии на в дает
интенсивность ]JазделеНffЯ:
-( cr 2 / J
1 е ' 'J,/ 2 ехр l '-
1(2 Dv k 2 t 3 sin т:8
3L n(j
(A1l)
I3ремя смешеflИЯ, необходимое ДJIЯ пол)тчения желаемой сте..
..'лени измельчения 1 п:
(А 12)
"o
. ,
r, .
о
t м
: .
. .
. . .
3L 1 n
t l 2 .sin п8
.
f D т;8
7t2DV k 2
. I .
ПриведеНI-IЫЙ расчет может быть приме...
нен к системам, рассмотренным выше, при
.условии, что Lo 1} 2 f (J, rде ro первоначаль
ная толщина полос (рис. 3,7).
Выражение для площади поверхности
u
ра'здела, увеличеннои при сдвиrе:
S ::::;; 50 V С 2M c o s ах cos a \ ' М2 cos 2 а х
Рис. 3,7. COOTHO
шение размеров си
CTel\lbI и ТОЛЩИНЫ
полосы..
(А5)
-Если М увеличивается с постоянной скор()стыо, то
du
dr
,
t
м
средн.
следовательно
S
So'
l/fA. .
.
du
2
dr
6
1
, du
t cos ах cos ау + dr
2
t 2 COs 2 а
х
.Для больших значений (du/dr)t выражение может быть упро!цено:
du
S S O t cos а
dr Х
')
L О
du
1 + dr t cos ах . Ao (2 + kt)
Откуда
k
du
dJ" cos ах
Полученное решение непосредственно применимо к случаю,
коrда деформация сис rемы происходит в течение liCKoToporo Bpe
мени со средним rрадиентом CKOpOCTJI, и показывает ВЛI1яние
первоначас-ТJЬН()Й толщины полос, rрадиента скорости и КОЭффlI'"
циента диффузии на зависимость ИI-Iтенсивности разделения от
160
r.lJ. III. СМЕШЕНуIЕ И ДуJСПЕРr IIР()В.\НJ1Е
.L
BpeMeHII. Таким образом, интенсивность разделения уменьшается
со временем; время С Iешения равно:
3
r
-..
t Л!
I . .
11 2 51 n 8т:
3V 2 lп
I D 8;:
2 du
7tS o Dv dr cos 7. х
(АI3)
2
Приведенный расчет предполаrает, что размеры взятой пробы
всеrда. малы по сравнению с толщиной полос. Можно показа'fЬ,
что если размеры пробы Toro же порядка, что и толщина полос,
интенсивность разделения меньше:
J t siп пу I 1
D пу
(A14)
rде у число полос, содержащихся в пробе;
/ интенсивность разделения в уравнении (А 11) .
ПРflЛОЖЕНИЕ С
ТОЛЩИНА ПОЛОС ПРИ СЛУЧАЙНОМ РАСПРЕДЕЛЕНИИ
ЭЛЕМЕНТОВ СМЕСИ
Предположим, что сначала смеСь состоит из случайно распре
деленных элементов кубической формы с ребром Lt; доля нан..
меньшеrо компонента 8; предположим также t что масса раз
'(}
,; 320
/1L,
l,
'(]
1.",
s,
..."..,............,...
.
88
Рис. 3,8. Элементарный куб материа"тта ПОД деиствиеt\f
сдвиrа.
мяrчается наrреванием. Рассмотрим влияние деформации сдвиrа
113 отдельный элементарный куб (рис. 3,8)
s. 82 8з 8 2 8 3
.10 О О
51
51
О
. I 1 V Li + (M.L 1 )2'
[!
r
v 1 + iИ 2 М
ПРИЛОЖЕНИЕ С
161
u U u u
Отношение площадеи конеЧНО.I иначальнои поверхностеи кон..
такта:
8
.....
80
, 2 (SI + 52 + 5з) 1 5} + 52 + 5з
6s 1 3 SI s'2, S3
О О О О
(M+l+1) м
"..........,
(А 15)
ношение начальной площади поверхности контакта к объему
системы:
So/V
6L 68
...........1bII!..
J
Li/8 L.
(АI6)
,
Пользуясь этим J\ыражением, можно получить для средней тол..
щины полос:
r
2
S/V
,-.....J
.....LI
2
(8/S o ) (8o/V)
2
113М. 68/ [ 1
L 1
М8
(А 17)
Предполаrается, что элементы кубической формы меньшеrо
. .
компонента не соприкасаются друr с друrом и, следовательно,
решение оrраничено условием". 8<0,1. Начальная ориентация
.,
отдельных элементов не должна влиять на конечныи результат
,
в' тех случаях, коrда все три измерения частицы одноro и Toro же
пор ядка.
ПРИЛОЖЕНИ.В D
РАСЧЕТ СМЕШЕНИЯ ПРИ ЛАМИНАРНОМ ТЕЧЕНИИ В СМЕСИТЕЛЕ
НЕПРЕРывноrо ДЕЙСТВИЯ
в качестве примера приводится расчет непрерывноrо процесса
смешения при условии ламинарноrо течения в трубе. Пусть 3
чередующихся диска разных. материалов диаметром 2,54 см и
.толщи.ной 0,254 СМ проходят через трубу диаметром 2,54 C.1t и дли--
IIОЙ 7,62 СМ. Предполаrается, что материал подается в трубу в
виде твердоrо TeIJТIa, проходит по трубе в виде ньютоновской жид..
кости И ВЫХОДИТ из трубы в виде твердоrо стержня диаметром
2,54 С.М (рис. 3,9).
На входе и на выходе трубы э.пементы материала подверrаются
u
растяrивающим напряжениям вследствие rрадиента скоростеи
в радиальном направлении. В результате BHYTpeHHero трения эле.
менты в трубе претерпевают сдвиrовые деформации. Процесс
смешения для каЖдоrо элемента можно разбить на три этапа
растяжение, сдвиr, растяжение.
11 Переработка термопластичных материалов
'162
rл. 111. СМЕШЕНИЕ И ДИСПЕрrИРОВАНИЕ
Скорость на входе:
. :.
и о
q
1tR5
.
rДе q объемный расход материала в единицу времени.
; ,Скорость как функция радиуса в трубе выражается:
. 1. . :
.. .
. ...:..
,
. . и 1
2q 1
1tR 2 ,
1
'1 . 2 2q
. "".. ( 1
Й 1 1tRi .' ,
Р:)
rде Р! rlIRl """,приведенн,ЫЙ радиус.
-
- <'
I .
,
l
ЛроtplJЛlJ СNоростеи
'.
. . , .
. . -
"
.
Н2 . t '2
.,..
l
. ,
- .
.' ,
-' ,
Рис. 3,9. Смешение в простом смесителе
тр У бе.
. . - . ":" - .
,
'.
...., - .. .
Си тема кqорд.инат выбирается следующим образом: х пар ал.
лельно оси трубы; у . в радиальном направле'нии; z по касателр"
u
нои к поверхности коаксиальных цилиндрических слоев.
Так как течение ламинарное, весь материал, поступающий на
:расстоянии '0 от оси, проходит через труб " на расстоянии rl от
оси. Это положение обусловливается соотношением:
..
q1tr
1tR2
< . о
'1 rl
u 1 27!r 1 dr 1 ... 27!r 1
2q
1tR
1
dr 1
'1
R 1
2
. .
..
а о
, -' -
. .
. -. -
Р: p (2 . pi)
.
., . :. .'
. ,Црив д нное соотношение rрэфически представлено на рис. 3, 10
ПО,Л.9 ение элемента на выходе такое Же, l\aK и на входе;
. ,
.
. .
:
Ра Р2
Деформация раСтяжения в направлении оси х на входе равна:
I . . .
. '. . I
: .' .
. . ,1 . I -,. .
. , ,
. I
2q (1 pi)
...
Ха и' 1tRi Ro' 2
1 ... 2 (1
lh..........
............IIbI!Ь. 1
. ао' q R 1
пН2
[j
Р:)
... . I ... '.
I -' I . .
. ; I i
ПрИЛОЖЕНИЕ D
163
.
..
Растяжение вдоль оси у на входе трубы рассчитывает'СЯ с учетом
Toro факта, что скорость течения 'в слое данноrо радиуса одина.
u
кова по всеи окружности:
'1. · 21tr o dr о u t 21tr t dr 1
7t о
У О
dr 1
dr о'"
2q (1
7tRi
PORl
2RoPl (1 pi)
Р:) 27!r 1 dr 1
Растяжение в направлении оси Z равно:
Z() ' ;7tr 1 l Pl '
7tr 2 о РО
. ,
Деформация сдвиrа, которой
верrается элемент в трубе:
под ..
O
0,8
.. 48
tJ,
.
Cb, 02
'
о
, - ,
rрадиент скорости в
точке в трубе:
u
некоторои
dU 1
lJ ;r 1 ,"
2q
....
7tR 2
1 ,
2 Рl
R 1
-
,
, '
, .
'1" ,
I
0,2 " 0,8 't{8' O
, -
пpи6ctJeHIIIJ/d раоиус. на-
d.rotJcpo I но d6/.rOtJC712
dU 1 L 2q 2 Рl L
f dr 1 7tRf
R 1
М 1
....
и 1 2q
pi)
7tR2 ' (1
1
'
2Lpl
R 1 (1 pr)
...
Рис. 3,10. Зависимость пр иве...
дениоrо радиуса в трубе от при-
ведеииоrо радиуса на входе н
выходе.
Рассчитанные аналоrичным путем' дефОРМ8ЦИИ
на выходе определяются уравнениями:
Х (R 1 /R 2 )2 · . у 2p 1 R 2 (l р;) . z
J 2 ( 1 pi) , 1 P 2 Rl' 1
растяжения
Р2 R 2
Рl R 1
Для исходноrо положения
направления сдвиrа:
cos ах '1
поверхности раздела относительно
: i.
cos а .... О
у,
cos a z О
Из уравнения (А7) следует:
s COS ах 2
+
80 ХОХl
COS ау ,
VOV 1
cos ах
ХОХl
. м 1
1 Уl
.а
2 + cos a z 2 ..
ZOZl
..
R 2 4 L2RIPi
. R ' + 4R R (1 pi)6
11*
164
r л. 111. СМЕШЕНИЕ И ДИСПЕРrИРОВАНИВ
.... ...........- L
. lI8.
.
.
Для данной задачи:
Ro R 1 R 2
L . 6R 1
S
50
1
9
( 1
p
р2)6
1
Р:
р; (2
p )
Отношение нячальной площади поверхности раздела к объему
равно: ,.
<
So
V
21tRб
21tRбl
1
l
rде 1 . толщина диска.
Следовательно:,
.
, ,
2
S / V
2
(8/8,,) (8 o /V)
2
2l
r
1+9
pl 1
.
(1 . р )6 1
"""""""w ...d
...........
:
1
р2.
9 ( 1 pl)
fрафик . зависимости толщины полос от радиуса на выходе
трубы представлен на ,рис. 3,11. Толщина полос на оси не, изме-
няется по сравнеНИIО с исходной, в то время как у с.теноК трубь[
5,00
3,75
2}50
25
l: о
5 O '(51{/,0 12,5
Росстояние от OC /1Н
Рис. 3,11. Толщииа полос на выходе
из трубы в зависимости от расстояния
от оси.
она уменьшается до нуля.. Для прозрачных материалов или
если продукт смешения рассекается на части, смешение может
оказаться недостаточным даже н<) rлаЗ<t Для непрозрачных мате..
риалов, используемых в виде стержней, такое смешение IОЖет
быть вполне УДовлетворитель.ным.
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
165
1'11 .1
........ .ь.....
.
....
ПРIJЛОЖЕНИЕ Е
РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ СМЕСИТЕЛЯ НЕПРЕРывноrо ДЕЙСТВИЯ
Рассмотрим случай, коrда концентрация На входе ИДеальноrо
С ilесителя изменяется синусоидально с амплитудой BiM при сред..
нем знау.ениц llе.риода 1'р минут:
. ..
. . .
.
. . .
(,t (t)
21tt
о . м COS.
l Т
Р
'!
. .
Дисперсия концентр.аlUJ1I.. на входе в смеситель:
Тр
1 27tt 2
2 ..-
o °lM COS dt i.M
Gi
l Тр Тр 2
о
.
. ,
Нормализованная автокорреляuия концентрации на входе:
Ф ( ,.,. ) Oi(t) i (! +6 't) ь&
[l \о ..... 2
а.
t
Тр
. .
2'Jtt 21t (t + 'с)
5l M COS Т р 8 iM COS · т р dt
'M/2
27t1:
JIII COS
Тр
1
Тр
о
Дt11Я идеальноrо смесителя справедливо Соотношение:
00
Oi
1
(7 t
V
е
F (t)
Распределение времен нахождения cMeclf в смесителе опреде.
qяется выражением:
Е (t)
dF ( ')
dt
qt
..... q е v
V
166
rл. 111. с1\tlЕШЕНI1Е 1/1 ДJ'IСПЕРrИРОВАНИЕ
r
J
т
l
Подставляя значения E(t) в уравнение (27), получаем:
со 00
qf
q е v
.. V
ц( '..{ T)
"
V
1
21t V 2
qT p
Отношение дисперсии при выходе из смесителя к дисперсии при
входе для синусоидально изменяющейся концентрации видеаль....
но м смесителе зависит от скорости течения, времени нахождения
материала в смесителе и периода флуктуаций концентрации.
Если задано отношение дисперсий (a /a')D' то необходимый
объем смесителя определяется по фОр1\IУ ТIе:
аб
2 2
0'.
t
27tt
COS т
1.' Р
t==o t==O
q е
V
I
dtd't ....
1+
.
v
qT p
27t
.......
... .. . I I
1
(Об/cr;)D
1
.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНА ЧЕНИЯ
А площадь поверх ности;
с концентраuия, масса или число молей в единице объема,
весовая доля.;
.........
с среднее значение концентрации;
С статистический коэффициент вариации;
du/dr скорость сдвиrа; ,
D диаметр; .
D v коэффициент диффузии молекул или частиц;
f число статистических степеней свободы;
F сил а, или сила сдвиrа;
- .
1 интенсивность разделения;
К . коэффициент в степенном законе 'с K(du/dr)п;
1 расстояние в осевом направлении;
L длина трубы или канала;
М величина деформации сдвиrа;
n безразмерный показатель степени в степеннОм законе;
п число частиц в пробе;
N число взятых проб;
Р мощность;
р вероятность появления события при однократном испыта...
нии;
р вероятность Toro, что в пробе, состоящей из n частиц, co ..
держится х частиц меньшеrо (черноrо) компонента;
q расход жидкости;
Q общее количество тепла или жидкости;
r расстояние в осевом или радиальном направлении;
.
i
ЛИТЕРА ТУРА
167
, .
.
...
.
R
82, 82
r мера Измельчения, выраженная через среднее значение
ТОЛll ИНЫ полос на плоскостях сечения;
раДI1УС трубы; .
значеI-Iие статистической вариации (выборочная диспер..
С'ия ) ..
. ,
s площадь поверхности раЗДела;
.t время;
т . абсолютная ,температура., ОК;
u локальная скорость;
*
u смещ ние; '. .' t.
(1.
Ll p . .. Беличина квадратичноrо отклонения, ниже котором имеет
место нормальное распределение вероятностей Р;
V объем;
х расстояние вдоль траек'rории;
х число частиu Компонента, взятоrо в меньшем количестве;
Х коэффициен'т удлинения вдоль оси х;
у расстояние в направлении, нормальном к траектории;
у число полос, пересекающих пробу;
у коэффициент удлинения вдоль оси у;
z расстояние в направлении, нормальном к ПJ10СКОСТИ .'\ у;
Z коэффициент удлинения вдоль оси z;
u
а уrол ме}l(ДУ вектором и координатнои осыо;
u
О отклонение от среднеи концентрации;
"', коэффициент ПОCl'Iезноrо действия;
{) доля или вероят ость содержания в пробе компонента
взятоrо в меньшем количестве;
р плотность;
':12. статистичеСкая вариация (rенераJlьная дисперсия);
напряжение сдвиrа;
х 2 статистический параметр (критерий оценки приближения
распределения к нормальному).
JIИТЕРАтУРА
1. Adam.s J. F. Е., Baker А. а., Тrапs.Iпst.Сhеm.Епgrs.(LопdОП)t
34, 91 ( 1956).
2. Blumberg R., Maritz J. 5., Chem.Eng.Sci.,2,240(1953).
3. В о 1 е n W. R., С о 1 w е 1 L R. Е., Paper given at mееtiпg of Soc.
P1astics Епgrs., January, 1958.
4. В u s 1 i k о., ASTM Bull., 165t 66 (1950).
5. Dапсkwеrts P.V.,5ellers Е. 5., Ind.Chemist, 27,395 (1951).
6. D а n с k w е r t s Р. V., Арр1. 5ci. Research, АЗ, 279 (1952).
7. D а n с k \V е r t s Р. У., Chem. Епg. 5ci., 2, 1 (1953).
8. G r а у J. В., СЬеm. Епg. Progr. I 53, 25J (1957).
9. Greathead J. А. А., 5immопds w. Н. С., Сhеm.Епg. Progr.
53 , 194 ( 1957) .
168
r л, 111. СМЕШЕНI-1Е И Д]/IСI1Еf>I ИРОВАНИЕ
ь....... .....---- Ll
.h.d
10. Н а 1 d А.., Statistical TabJes and Formulas, New York, Jоhп Wiley а. SOllS
1 пс. , 1952.
11. Н а 1 d А., Statistical Theory with Епgiпееriпg Applications. Ne\v YOI.k
J оhп Wi ley а. Sопs 1 пс., 1952.
12 L а с е у Р. М. с., J. Аррl. Cbem (Lопdоп) 4, 257 (1954).
13. М с А d а т s W. Н., Heat Тrапsmissiоп, New York, McGraw-Нi[[ Book
Сотрапу, 1 пс.. 1954.
14. М i с h а е 1 s А. S., Р и z i п а u s k а s У., СЬет. Eng. Progr., 50 t
604 ( 1 954) .
15.Mohr W. D., Sахtоп R. L., Jepson с. Н., Iпd -'Епg.Сhеnl.
49, ]855 (1957).
16. Q и i 1 L е п С. S.,
17. S реп с е r R. S. ,
18. W е i d е п Ь а и т
27 (1955).
.
СЬет. Епg , 61, 177 (1954)
W i I е у R М., J. Co1loid Sci., 6,
S. S. , в о n i [ I а С. F. , СЬет.
.
1 ЗЗ (195 1) .
Eng. Progr. 5.'1
Часть вторая
".
ПРОUЕССЫ ПЕРЕРАБОТКИ
ТЕРМОI1ЛАСТИЧНЫХ
МА ТЕРИАЛОВ
r лава /V
ШПРИЦЕВАНИЕ (ЭКСТРУ3ИЯ)*
Введение в теорию шприцевания
Шприцевание представляет собой процесс придания полимер-
ному материалу определенной формы путем продавливания ero
через мундштук. В это определение входят два технолоrических
процесса: шприцевание на червячных шприц--машинах и Вblдавли-
вание плунжером.
Впервые выдавливание как процесс переработки термопластич-
ных материалов было применено в 1870 r. (на плунже.рном rид-
равличеСКО 1 прессе былц. изrотовлены стержни из нитрата цел--
люлозы). Червячные шприu"машины начали применяться для
переработки термопластов у.же с 1930. -r. Первые машины пред..
ставляли .собой переделанные шприц--машины для резин.
В настоящее время шприцевание термопластичных Мt1териа..
лов производится rлавным образом на червячных ШПрlill"'маши-
нах; для .этоrо используются преимущественно одночервячные
шприц-машины (рис. 4,1).
Данная rлава в основном содержит анализ течения расплава
о-
Б одночервячнои шприц",машине и применение результатов этоrо
анализа к расчету червяка и rоловки шприц-машины.
Плунжерное шприцевание не получило широкоrо распро-
странения в переработке термопластичных материалов, и.. поэтому
оно будет описано очень кратко. При плунжерном шприцевании
пластмасса продавливается через мундштук давлениеl\l, вОзникаю..
u u
щим В результате воздеиствИя плунжера на находящиися в ре..
зервуаре материал. Этим способом производится переработка
некоторых. типов пластических масс на основе фторуrлеродных
о-
соединении и термочувствительных материалов, например нитратt1
целлюлозы. .
Шприцевание применяется при изrотовлении из термопластич-
ных материалов l'Jленки, листа, труб, профилей, для наложения
.
.<L
* д. Б. П а т о н, п. [. с 1{ В а й р с, В. r. Д а р н е л л,
Ф. М. К а ш (J. В. Paton, В. S. Р. Н. Squires, Ph. О., w. Н. Dаrпеll, РЬ. О.,
.F. М. Cash, В. 5., Polychemicals Dераrtlпепt, Е. Ia du Pont de Nemours апd Со.,
lпс.). Раздел «Конструирование rоловок» написан д. Ф. I<арлеем (..1. F. Carle ,
Ph. D., i\1odern Plastics Л1аgаziпе, Breskin РuЫiсаtiопs, Inc.).
конструкция ШПРИЦ МАШИНЫ
173
_ ..d!I.
r.т--
.А
.......d!I1:I1Ia.
u
ливается через решетку, за которои в отдельных случаях допол...
нительно устанавливается пакет сеток. Затем расплав проходит
через конический диффузор в rоловку.
Размер червячной шприц-машины определяется внутренним
диаметром корпуса. Серийно выпускаются маШIIНЫ следующих
размеров: 25; 32; 37; 52; 65; 82; 90; 115; 150 и 203 ММ. Машины
БОJ1ьшеrо размера изrотавливаются по специальным заказам.
Производительность машин с диаметром червяка 25 мм составляет
около 2,25 кz/ч; у машин с диаметром червяка 203. .,"tM 450 кz/ч..
Список фирм, выпускающих шприц--машины для ПРОМЫШ l1ен"
U u Р 49
насти пластических масс, можно наити в специаЛЬНОf! литерату е ·
1
2
з 9
7
8
9
70 J7 72
/ \
r'
13
18
..
17
\ 7
16 7
.
Рис. 4,2. Одночервячная шприц машнна:
l peДYКTOP; 2-........эластичная муфта; 3 упориый подшипник; 4 буНКер: 5 3аrру30ч..
иая воронка; 6.........черВяк; 7 термопара; В обоrреваемый корпус; 9 закаленная rИJ]Ь"
за: JО лентоqный нarреВЗТеJ]Ь; JJ сетки: J2 наrРеваТеЛЬ ПрИСоеДИНительноrо ФJ]ан-
ца; 13 иеэащищенная термопара: J4 rоловка; J5 прнсоеДИНИТельный флаиец: 16
решетка; 17 стойка; lВ.........охпаждающая рубашка заrруэочной зоны; 19 электродви"
rатель привода.
Ниже подробно рассматривается назначение отдельных узлов.
машины.
Зazру30чная воронка. Заrрузочная воронка корпуса может
иметь круrлое и прямоуroЛьное поперечное сечение, вертикальные
Jf наКлонные стенки. Эти стенки MorYT быть или танrенцийльны
.К поверхности червяка или подрезанными снизу (рис. 4,3). Во..
ранки послеДнеrо типа обычно применяются на машинах, пред....
назначенных для переработки каучуков и каучукоподобных ма.
териалов, которые поступают в машину в виде лент. rранулиро"
ванные и порошкообразные материалы неудобно перерабатывать
в машинах с такой формой сечения заrрузочной воронки, так как
эти материалы склонны к зак.п:иниванию в зазоре между стен..
кой корпуса и rребнями стенки канала червяка. Длина окна за..
rрузочной воронки обычно составляет не меНее одноrо диаметра
червяка.
174
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
V
Червяк. Червяк это основная часть шприц машины. Червяк
должен забирать непластицированный материал от бункера
и равномерно подавать ero в ВИДе rOMoreHHoro расплава к rоловке.
" На рис. 4,4 представлена наиболее распространенная типовая
схема разделения червяка на основные зоны. Это дозирующий
червяк с короткой зоной сжатия. В зоне питания rлубина канала
червяка максимальна. В зоне сжатия rлубина канала плавно
уменьшается до rлубинь[ дозирующей зонь[.
а
о
{j
Рис. 4,3. Различные KOHCTpYK HH заrрузочных
БОРОНОl{ шпрнц машин:
а центрапьная заrРУЗ0чная вороика; б танrеициапьная заr..
рузочная воронка; в заrруэочная воронка с дополнитеJ1ЬНОЙ
выемкой.
По мере приближения к rоловке машины для компенсации
изменений объемной плотности и HacoCHoro к. п. д. при переходе
термопласта из твердоrо в расплавленное состояние площадь по.
JOHa литаниЯ
Диаметр '1eptJRHa
f'луtfuна J(анала
8 зоне литония
..
1
1
Уео.л поаьена
Винто60ео
, нанал"а
,
Дозир!/ющая
зона [
зона
сжатия
ШаG
8UHтodoeo
канала
-
liJлщuна
стенна
кан{]ла
rлуоuна
канала 8
tJози/lующеtl
-З0не
Рис. 4,4. Дозирующий чеРВЯl{.
перечноrо сечения канала червяка уменьшается. Уменьшение
площади поперечноrо сечения достиrается путем уменьшения
rлубины канала червяка или шаrа или за счет и Toro и друrоrо.
Типичные конструкции червяков представлены на рис. 4,5.
Корпус. Корпус образует одну из двух поверхностей, оrрани"
чиваЮЩI1:Х расплав. Кроме Toro, извне через поверхность корпуса
к полимеру подводится тепло. Шприц--машины для переработки
пластических масс лучше делать с длинными корпусами, так как
они имеют большую поверхность теплопередачи и обеспечивают
КОНСТРУКЦИЯ ШПРИЦ МАШИНЫ
175
.
J]уqшее смешение, в результате чеrо достиrается большая одно..;
родность расплава.
Одной из наиболее важных характеристик шприц",машины
ЯВJlяется отношение длины червяка к диаметр у. Это отношение
равно частному от деления эффективной длины машины (от конца
заrрузочноrо отверстия до решетки) на номинальный (внут.р.енн.ий)
.
I
. .
I \ 'l\ \\\}
/1
2
I \ \n :, \ П) .
, .
J
, '
. '
5
,)
Рнс. 4,5. Типичные ]{онструкции червя]{ов шприц маши н:
,4 чеРБяt<и с вннтовым К3.ИЗJlО по всей ДJlиие; Б........черВяКн, ОКIН4ивающиеся торпедой:
l черБЯК ДОЗИрующеrо типа с короткой з'оной плавления; 2 червяк с посТо .
ЯИИЫМ шаrом н переменной r лубиной каиала; 3...........черВяК сперемеиным шаrоМ.
и постоянной I'лубиной канала; 4 червяк с постоянным шаrом н I'ладкой
ТОРПедОЙ; 5 черБЯК спеременным шаrом н нарезной тоРпедой.. .
диаметр корпуса. Обычно у шприц--машин, предназначенных для
переработки термопластичных материалов, отношение длины
к диаметру (L/D) лежит в пределах от 16 : 1 до 24 : 1.
Корпус машины может обоrреваться электрическим током
(индукционными наrревателями или наrревателями сопротивле..
ния) или при помощи рубашек, через которые пропускается rоря-
чее масло или какой либо друrой теплоноситель.
Электрообоrрев обладает рядом преимуществ по сравнению
со всеми друrими способами обоrрева: малой инерционностью
и высокими температурами обоrрева, недостижимыми при масля..
нам обоrреве. Кроме Toro, наrреватели сопротивления MorYT
изrотавливаться различных размеров, форм и мощности.
176
r л. IV.. ШПРИЦЕВАНИЕ
...
../J_LЬ..... Lb...........
При использовании электрообоrрева охла»\Цение корпуса- МО1Кет
производиться воздухом (при помощи вентиляторов), БОДОЙ,
ВОДяным туманом и различными испарительными системами.
Применение жидкоrо теплоносителя позволяет осуществлять
не только HarpeB наХОДЯЩеrося в корпусе материала) но также
И ero охлаждение. Удаление тепла приобретает особенно БО}Iьшое
значение в том случае, если материал может переrреться вслед..
ствие чрезмерноrо выделения тепла в результате работы сил
вязкоrо трения.
В послеДней части rлавы описаны различные способы реrУ f1И-
рования температуры корпуса.
Мноrочервячные шприц-машины. Обычно это двухчервяч--
вые шприц--машины. Однако некоторые из них имеют по три и
больше червяков. В мноrочервячных машинах MorYT применяться
как взаимозацепляющиеся, так и незацецляющиеся червяки.
Если все червяки вращаются в одном и том же направлении, то
все они должны иметь одинаковое направление нарезКИ винтовоrо
канала. Напротив, если червяки вращаются в различных направ--
лениях, то они должны иметь винтовые каналы с разным на...
правлением нареЗI{И. lilприц",машины с взаимозацепленными
червяками работают подобно объемныIM Насосам, и их производи
тельность сравнительно мало зависит от противодавления. Так
как расход энерrии на шприцевание у этих машин значительно
меньше, чем у одночервячных машин, то в них проuесс пласти...
кации перерабатываемоrо материала в большей мере, чем у одно""
червячных машин, Зависит от тепла, сообщаемоrо наружными
наrревателями. Незацепляющиеся червяки обычно вращаются
в противоположных направлениях. Двухчервячные шприц...Ма..
u
шины таком конструкции часто имеют вентилируемые зоны и при-
меняются для смешения и обезвоживания смол.
Более подробное описание мноrочервячных машин можно
найти в спец иа.пьной литературе б , 29.
u
качественныи анализ
шприц-машины
Прежде чем переходить к cTporoMY количественному анализу
процессов течения расплава в червяке шприц--машины, рассмот-
рим качественную картину явления.
В обычной пластицирующей шприц машине полимер проходит
u
через. три состояния: вначале это твердыи материал, затем .
смесь расплава и твердоrо материала и, наконец, расплав.
В червяках дозирующеrо типа проще Bcero анализировать
u
дозирующую зон)', потому что к течению расплава в этои зоне
Упрощенный
работы
УПРОЩЕННЫй l\.АЧЕСТВЕННЫИ А IАЛI.'IЗ РАБОТЫ ШПРJ1Ц МАШИНЫ 177
,
.ь. .............
полностью применимы законы rидродинамики вязких жидкостеи S .
Дозирующая зона иrрает очень большую роль в шприц-машине,
так как обычно именно она определяет производительность ма-
шины.
В дозирующей зоне существуют три основных потока. Вынуж-
денный поток (прямой поток) представляет собой поступательное
течение расплава, которое возникает как следствие относитель-
.Horo движения корпуса и цилиндра. Противоток, который можно
рассматривать как течение расплава в обратном направлении,
u
возникающее под деиствием развивающеrося в rоловке машины
давления.. Третья разновидность потоков ' это утечка. Перепад
u и
давлении, возни.кающии вследствие существования повышенноrо
давления в rоловке, между двумя боковыми поверхностями стенки
. u
I<.анала, вызывает появление утечки через кольцевои зазор между
rребнем стенки канала червяка и внутренней поверхностью кор-
пуса. Обычно утечка по сравнению с двумя друrими разновид"
ностями течения очень незначительна и ею можно пренебречь.
Производительность дозирующей зоны равна, таким образом,
разности между р.асходом вынужденноrо потока и расходом про-
тивотока и: течения утечки.
Вынужденный ПОТОК п.редставляет собой поступательное те-
чение расплава, возникающее вследствие существования относи-
l'ельноrо движения корпуса и цилиндра. . Представим себе
шприц.мащину, на выходе из червяка которой расплав не встре"
чает никакоrо сопротивления, так как и nакет сит и мундштук
отсутствуют. В такой машине давление в rocrroBKe будет равно
нулю. П'оэтому в канале червяка противотока не будет. MaTe
u
риал, находящиися в кольuевом пространстве между вращаю
u U u
щеися наружноя поверхн.остью сердечника червяка и внутреннеи
поверхностью корпуса, подверrается деформаиии СДВИrа, которая
u
В результате воздеиствия стенок винтовоrо канала превраrцается
в поступательное движение материала по каналу, т. е. в вынуж",
денный поток. Основными параметрами, определяющими вели...
чину Qоъем оr9 р аС,XQД 1! н у!К енноrо поток · луби- ,
н а кан _ , - .иа. к.а" Jl ам. тр 9 P»JI . . c КQp OCТ fi.O ,.вp4=
I'
Ж !J ИL
Противоток возникает в результате сущест ования избыточ--
Horo давления расплава в rоловке шприц"машины. Чтобы лучше
понять причину появления противотока, представим, что червяк
неподвижен, а в rоловке мащиньr имеется избыточное давление.
В этих воображаемых условиях винтовой канал червяка уподо-
б\{тся длинному каПИJIЛЯРУ прямоуrольноrо сечения
Вследствие существования давления в rоловке расплав по-
течет вдоль винтовоrо канала в обратном направлении. В дей..
ствительн.ости противоток представляет собой своеобразное orpa..
12 Переработка теРМОП.1аСТИЧНLIХ материалов
178
rJI. Iv". ШПРИЦЕВАНИЕ
I
-1"
......
.
Рис. 4,6. ХарактерИСТИКlI червяка н
rоловки:
l червяк с короткой и rлубокой ДОзирующей 30"
ной; 2 червяк с длинной и r.пубокой дозирую..
щей З0НОЙ; .3 червяк с Мелкой дозирующей 30"
ной; 4 rол6вка с матрицей большоrо сечения
(малое сопротивление); 5 rоловка с матрицей
малоrо сечения (большое сопротивлеиие).
ничение вынужденноrо потока, возникающее вследствие сущест...
вования повышенноrо давления в rоловке. Пр .ак т ч. и,.. .,... .Н .
Ч Р l! .. }! , . . , . ., JIQT,QKa .., mat.ep-иалв ...,. -оора GМ. .на..
правлеН, Ва величину противотока влияют в основном следую"
Щ Й'е"'ФЗ'кторы: rлубина канала, диаметр ч рвяка, длина зоны дaB
ления, вязкость расплава и величина давления в rоловке.
Рабочие характеристики шприц"машины. Познакомившись с
основными видами потоков, существующих в канале червяка,
можно попытаться предсказать, каким образом будет зависеть
производительность шприц машины от условий переработки при
использовании ,червяков раз--
личных конструкций.
В качестве примера на
рис. 4,6 приведены rрафики
зависимости производитель
ности от давления в rоловке
для трех червяков, отличаю..
u
щихся Д.руr от друrа длинои
дозирующей зоны. Предпо..
лаrается, что расплав пред"
ставляеТ собой ньютонов..
скую жидкость, и все три
червяка испытываются в оди-
наковых условиях: одинако"
вая скорость вращения, оди-
наковая вязкость расплава.
Процесс проводят ИЗ0терми-
чески. На приведенном выше
rрафике представлены характеристики rоловок с матрицей ма..
лоrо сечения и с матрицей большоrо сечения.
Характеристика червяка с rлубоким каналом на участке До-
зирующей зоны представлена на rрафике прямой 1. Произво-
дительность TaKoro червяка при «свободном выходе» (нулевое
давление) очень велика, так как расход вынужденноrо потока
при rлубоких каналах весьма значителен. В то же время произ..
водительность шприц--машины с червяком TaKoro типа оказывается
u
очень чувствительно и к величине давления в rоловке, так как
rлубокий канал представляет собой по существу капилляр с боль
той площадью поперечноrо сечения, в котором леrко возникает
противоток. Этим объясняется быстрое уменьшение производи
тельности с увеличением противодавления в rоловке.
Характеристика червяка с одинаковой rлубиной канала, но
с большей длиной дозирующей зоны по сравнению с червяком,
соответствующим кривой 1, представлена прямой 2. Расходы BЫ
нужденноrо потока при нулевом давлении в rоловке (<<открытый
<)
::t:
Q.)
t:)
,
Доdленuе d ео.ло6не
.
упрощЕI--Iный I(АЧЕСТВЕННЫй АНАЛИЗ РАБОТЫ ШПРИЦ МАШИНЫ 179
выход») у обоих червяков одинаков, однако, блаrодаря увели е"
нию длины канала, влияние противодавления на производитель
ност'ь существенно уменьшается.
Если r лубина винтовоrо канала в дозирующей зоне невелика
(мелкий канал), то производительность червяка при режиме
«OTKpbIToro выхода» уменьшится (прямая 3), так как величина
Бозможноrо объемноrо расхода вынужденноrо потока пропор
циональна rлубине канала. В то же время производительность
TaKoro червяк rоразДО меньше чувствительна к изменениям ве-
личины противодавления, так как сопротивление противотоку у
мелкоrо канала HaMHoro больше.
При шприцевании расплавов, обладающих свойствами ньюто"
u
новских ЖИДкостеи, всякое изменение скорости вращения червяка
приводит к параллельному смещению прямых, изображенных
на рис.. 4..6.. С изменением вязкости расплава уrол наклона этих
прямых также изменяется.
На том же rрафике пр ямыми линиями 4 и 5 представлены ха..
рактеристики rоловок с матрицами малоrо (прямая 5) и большоrо
(прямая 4) поперечноrо сечения. При нулевом давлении в rоловке
течение через матрицу отсутствует. По мере увеличения давления,
СОЗДаваемоrо червяком в rоловке, расход протекающеrо через ro-
ловку материала увеличивается. При этом расход материала через
rоловку, в которой установлена матрица большеrо поперечноrо
сечения, увеличивается быстрее, чем расход через rоловку, в
u
которои установлена матрица с меньшим поперечным сечением.
Точка пересечения соответствующих характеристик м ун д...
штука и червяка определяет объемную производительность, ко..
торую обеспечивает данное сочетание червяка и мундштука.
Потребляемая мощность и тепло, выделяющееся в шприцуемом
'dатериале в результате работы сил вязкоrо трения. В предыдущих
параrрафах рассматривался только объемный расход шприцуе-
Moro . материала. В них мы не касались ни величины потребляе.
u
мои при шприцевании 1\10ЩНОСТИ, ни изменения температуры pac
плава, наблюдающихся в процессе шприцевания.
При любых условиях шприцевания расплава относитеЛьное
движение червяка и стеноК корпуса вызывает деформацию СДвиrа,
находящerося в канале червяка материала. Мощность, pacxoдye
мая на деформацию полимера, превращается в тепло и вызывает
повышение температуры полимера. Количество выделяющеrося в
материале тепла увеличивается с У Iеньшением rлубины ка'нала
или увеличением длины червяка и с повышением скорости
вращения червяка.
Друrими факторами, существенно влияющими на количество
тепла, выделяющеrося в результате механической деформации
полимера, являются ero реолоrические свойства. Высокие вяз..
12*
180
r л. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
кости расплавов и малая зависимость вязкости от температуры
приводит к увеличению потребляемой мощности и возрастанию
количества тепла, выделяющеrося в материале во время шприце...
ван ия.
Количество тепла, выделяющеrося в полимере в резу льтате
механической работы, сильно зависит от величины сопротивления
мундштука. Уменьшение поперечноrо сечения матрицы приводит
к увеличению противодавления в rоловке, которое, вызывая
уменьшение объемноrо расхода на оборот червяка, подверrает нахо..
дящийся в червяке расплав более продолжительному сдвиrу. При
этом количество выделяющеrося в полимере тепла увеличивается.
Эта связь между величиной сопротивления rоловки и количест..
вом выделяющеrося тепла позволяет понять, почему можно управ
u u
лять температурои шприuуемои массы и степенью смешения,
которому она подверrается при прохождении через червяк, YCTa
навливая на выходе из червяка различные сопротивления потокJ.r,
такие, как пакеты сеток или дроссели. В дальнейшем будет по
казано, что все эти приспособления применимы в основном при
червяках с rлубокими каналами, в которых без этоrо Дополнитель
Horo оrраничения .работа смешения была бы недостаточной и в
которых незначительное увеличение противодавления вызывает
существенное уменьшение производительности червяка.
Выше приводился качественный анализ основных зависимо...
стей, определяющих процесс шприцевания. Однако для расчетноrо.
определения производительности червячных машин - необходимо .
располаrать методами количественнои оценки влияния каждоrо
из этих факторов.
Оrраничимся только одним примером. Если производитель-
ность зоны питания и зоны плавления недостаточна и не обес-
печивает дозирующую зону необходимым для ее полной заrрузки
u
количеством материала, дозирующая зона при достаточно BblCOKOlI
скорости вращения червяка будет работать с недостаточным пита-
нием. Производительность зоны плавления в ряде случаев опре-
деляется только коэффициентом теплопередачи от стенки корпуса.
Поэтому увеличение скорости вращения не даст существенноrо
u
увеличения производительности этои зоны; в то же время произ..
u
водительность дозирующеи зоны возрастает прямо пропорциональ..
но скорости вращения червяка. Следовательно, производитель
u
ность машины оказывается оrраниченнои возможно тями зон пИ"
тания и плавления. При таких условиях шприцевание, как пра.
вило, сопровождается пульсац ями давления и колебаниями
производительности.
Для Toro чтобы решить, будет ли в действительности наблю
даться подобное явление, необходим точный расчет производ,и--
тельности дозирующей зоны при заданных условиях работы .и
ШПРИЦ МАШИНЫ СПЕЦИАЛЬli.оrо I"IA3f-IАLIЕJIII51
181
....... ..А
u
сопоставление ее с возможнои производительностью зон питания
и плавления. Этот пример показывает, что возникающие Прlf
эксплуатации и проектировании шприц--машин проблемы требуют
точноrо количественноrо анализа производительности отдель
ных функциональных частей червяка.
В дальнейшем будут изложены методы расчета, позволяющие
производить конструирование и выбор рабочеrо режима шприц
u U "
машин на такои количественнои основе.
.
UUприц-машины специальноrо назначения
Шприц"машины с деrазацией. На практике встречаются слу"
чаи, коrда на шприц машинах приходится перерабатывать поли..
меры, . которые содержат леrколетучие соединения (пары воды
OmtlejJcllJIJe dЛЯ отсоса
,
.JOHa 1I03tJjJI/ЮЩQIl 8аI(УУМНОЯ/. JOfla
литания З0на зона dЬ/dоfiлиlJаН/.1f1
Рис. 4,7. Шприц маruина с вентилнр)'емым корпусом.
либо растворенные или поrлощенные rазы). Если их не удалить
из расплава До ero выхода из отверстия матрицы, в теле шприцо..
BaHHoro изделия будут появляться пузыри.
Удаление летучих соединений при шприцевании пластических
масс может осуществляться двумя методами. Самый" распростра-
"ненный способ состоит в том, что в стенке кор пуса делаются венти
ляционные окна (рис. 4,7). Друrой методl0 состоит в том, что
летучие соединения отбираются через отверстия, просверленные
в Дне канала червяка и сообщающиеся с центральной полостью
червяка. В этом случае rазы удаляются через подвижное уп-
лотнение, установленное у заднеrо конца червяка.
В обоих методах удаление летучих соединений производится
на специальном участке червяка, в котором канал червяка только
,
частично заполнен материалом.
" Схема TaKoro вентилируемоrо червяка, в котором летучие про--
дукты удаляются через центральное отверстие, изображена на
рис. 4,8. Этот червяк имеет следующие четыре функциональные
зоны:
182
I-Л. IV. ШI1РИЦЕВАНИЕ
.. ь.
Зона питания. r лубокий винтовой канал зоны питания об..
ладает повышенной транспортирующей способностью. В этой
зоне происходит HarpeB и плавление rранулированноrо полимера.
,Для Toro, чтобы избежать чрезмерноrо повышения давления
в конце зоны питания, в стенках двух"трех последних витков
канала sтой зоны MorYT быть сделаны пазы шириной около 13 ММ,
смещенные относительно друr друrа на 180 ос (см. рис. 4,7 и 4,8).
,Эти пазы помоrают избежать пульсации потока и проникновения
их через дозирующую зону в остальные зоны червяка.
Дозирующая зона. Дозирующая зона реrулирует величину
U '
расхода материала, поступающеrо из питающеи 'зоны, и опреде..
-с11яет фактическую производительность шприц"машины. Эта зона
u u u
имеет самыи мелкии винтовон канал.
Зона
питания
ДОЗlJрующая Зона JONa
зона отсоса 8ыа8лlJt!анlJяя
.
Ilоз,,/
ll6'pexoiJllbIe ЗОllh/
OтtJejJem"e
аля отсоса '
Рис. 4,8. Червя]{ с отсасывающими каиалами.
Зона отсоса. Обычно rлубина канала в зоне отсоса раза в
четыре больше, чем в дозирующей зоне, а так как материал в
зону отсоса поступает из дозирующей зоны, пропускная способ..
ность которой меньше, чем у зоны отсоса, зона отсоса работает
в условиях недостаточноrо питания.
В результате винтовой канал на участке этой зоны оказывает..
ся не полностью заполненным материалом, и летучие продукты,
которые выделяются из расплава, MorYT быть отобраны из про..
странства, образующеrося позади стенки винтовоrо канала. Рас..
чет производительности червяка с частично заполненным каналом
будет приведен ниже (стр. 208 211). Отверстия в червяке дЛЯ OT
u
coca , летучих продуктов просверливаются позади переднеи стен..
ки канала на последнем витке зоны отсоса. При этом для предот"
вращения попадания расплава в BaKYYMHYIO DИстему эти отвер"
u U U
стия отделяют от остальнои части канала невысокои стенкои ,
высота которой равна примерно половине rлубины канала.
Зона выдавливания. Давление, создаваемое в этой зоне, должно
обеспечить продавливание расплава через профилирующую ма..
трицу. При этом возможная производительность выдавливающей
зоны должна превышать пропускную способность дозирующей
'зоны, для Toro чтобы предотвратить заполнение канала на участке
'зоны отсоса. Наилучшие результаты получаются, если rлубина
шIIрI1ц мАшI1I Iыl СПЕЦ:VIАЛЬJfоrо Нr\ЗН..\ЧЕrjI,'rя
183
.
.
канала ВЫДавливающей зоны в 1,5 раза больше r лубины канала
u
дозирующем З0НЫ_
Конструкция червяков .шприц"машин с вентилируемым кор..
пусом (см. рис. 4,7), в которых отсос летучих соединений произ--
водится через отверстия, просверленные в стенках корпуса, ана..
лоrИЧ.на описанной выше. Единственное отличие состоит в OTCYT
ствии вентиляционных отверстий.в дне канала червяка. Отверстия
в корпусе располаrаются обычно в конце зоны отсоса. Для пред
u
отвращения засорения отверстии шприцуемым материалом им
следует придать соответствующи,й профиль. Существуют также
такие конструкции червяков для шприц"машин с вентилируе-
о
мым корпусом, В которых вместо дозирующеи зоны установлено
дросселирующее приспособление, реrулирующее величину рас...
хода материала, поступающеrо в зону отсоса.
Смесительные шприц-машины. Очень часто шприц-машины
используются в качестве смесителе,й. В настоящее время имеются
различные наконечники, которые надеваются на обычные червяки
для Toro, чтобы улучшить однородность выдавливаемоrо из ма...
шины материала. Два таких наконечника изображены на рис. 4,5
(червяки 4 -и 5). Для это н цели используются также и друrие устрой-
ства, с.остоящие из вращающихся дисков или шестерен. Ис--
пользование щприц"машины в качестве смесителя подробно описа...
но")3 rлаве VII.
Шприц"машины периодичеекоrо действия. Как уже'отмечалось,
н'а червячной шприц машине осуществляется пластикация боль
шеrо количества материала и обеспечивается ero более равно..
u . U
мерныи HarpeB по сравнению с. плунжерным литьевым устрои..
ством TaK.oro же размера. Поэтому уже неоднократно делались
. ,
. .
попытки 'применить шприц..машины в литьевых .прессах, превра-
U u
тив их для этоrо в устроиства периодическоrо деиствия.
В 'HeKoTopblX литьевых п.рессах обычная' шriриц"машина, .ра..
бота я периодически, H'a'rHeTaeT 'расплав пластмассы и.ли непосред'"
ственн'о. в форму или в вспомоrательный литьевой ilилиндрl, 2.
Известны также шприц"машины, rоловки которых заканч'и--
ваются распределительным трубопроводом, на котором устанав..
ливаются два' или более крана. У правление кранами осуществ--
ляется автоматически, чтобы по. меньшей мере один из кранов все
время оставался открытым. Машины TaKoro типа применяются
при изrотовлении бутылок и тары из пластмассы. Этот процесс,
описан в rлаве IX.
Периодическую подачу материала Можно осуществить также
u
на шприц"машине, червяки которои MorYT не только вращаться,.
но и совершать возвратно-поступательное движение внутри не-
подвижноrо корпуса. Работа таких машин протекает следующим
образом. Пока материал не подается, вращающийся червяк
.
184
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
......
....... """""1f"
постепенно смещается назад и накапливает порцию пластициро"
BaHHoro материала в передней части корпуса. В нужный момент
этот матер иал выдавливается через форсунку поступательным дви"
u
жением червяка, которыи приводится .от специальноrо rидрав-
лическоrо цилиндра.
Друrой метод, обеспечивающий периодическую подачу ма..
териала, состоит.в том, что на rоловку обычной шприц"машины
ос непрерывно вращающимся червяком устанавливается специаль...
U u
ныи кран, которыи автоматически открывается и закрывается
в определенные моменты цикла. При этом из rоловки ВЫХОДЯТ'пор-
, u
дии материала заданноrо веса и опред леннои температуры.
Чтобы предотвратить переrрев материала и чрезмерное повы.
тение давления в rоловке в то время, коrда кран закрыт, в этих
.машинах применяются червяки специальной конструкции 11 .
ВЫВОД .основных
u
уравнении течения
шприц-машины
u
для червячнои
.
Обычно, за некоторыми исключениями, чер ячн.ые шприц-
!v[ашины црименяютс,я для выдавливания высоков.цзких материа.;.
.лов. Действительно, давление, создаваемое ви товым насосом
.при перекаЧИВ.ании расплава,. возникает вследствие .существова-
ния у перекачиваемой жидкости конечной вязкости. Поэтому прин-
.цип, на котором основана работа шприц"машины, совершенно.. от..
.личен от принци,чов,. на которых основана раб.ота центробежных,
поршневых или шесте.ренчатых насосов. По этой причине неко"
'торые авторы 61 .}l.азывали винтовые насосы «вязкостно"винтовыми
.насосами». Вследствие высокой вязкости перекачиваемой ,жид
кости течение в винтовых насосах всеrда ламинарное, а не тур-
,бу лентное .
Математическое описание работы . винтовоrо насоса мqжет
:быть получено совместным решением уравнений, которые выра-
жают законы сохранения массы, энерrии и количества движения
при ламинарном течении, с уравнениями, описывающими физи..'
u
ческое СОСТОЯ,ние перекачиваемои жидкости. .
Получить cTporoe решение этих уравнений в сложных слу..
u
чаях теч ния чрезвычаино трудно.
Успехи в развитии вычислительной техники и новые достиже-
ния в области rидродинамики вязких жидкостей приближают
возможность получения подобных общих решений. Однако в на..
стоящее время приходится довольствоваться решениями, область
применения которых оrраничена некоторыми упрощающими
предположениями. Несмотря на эти оrраничения, полученные
результаты MorYT быть во мноrих случаях применены для вывода
u
уравнении, о.писывающих процесс шприцевания.
ВЫВОД УРАВНЕJIJ.lй ТЕЧЕНИЯ пля ЧЕРВЯЧrlОй ШПРИU МАШИНЫ 185
.h.
..
Схематическое описание работы одночервячной шприц"машины
Вследствие своеобразия и rеометрической сложности течения
u
при rидродинамическом анализе червячнои шприц--машины не..
обходимо прежде Bcero четко представить картину модельной
системы и выбрать направление осей координат.
На рис.. 4t 9 представлена схема червячной шприц-машины с
двухзаходным червяком. Хотя.в основном В шприц машинах при .
меняются однозаходные червяки, уравнения, описывающие про
.цесс шприцевания, выводятся в самой общей форме, применимой
к червяку при любом числе заходов.
.
IJ
о
t
Рис. 4,9. Одночервячиая шприц-машина (двухзаходный
червяк).
в большинстве случаев каналы мноrозаХОДноrо червяка можно
рассматривать просто как отдельные каналы, работающие OДHO .
временно.
Нетрудно показать, что нет никакой разницы между тем, Bpa .
щается ли червяк внутри неподвижноrо корпуса или, наоборот,.
корпус вращается <?тносительно непод ижноrо червяка6 Работа
шприц"машины в обоих случаях протекает совершенно одинаково.
По чисто конструктивным соображениям чеРВЯЧН Iе шприц"ма...
шины обычно изrотавливаются с вращающимся червяком. Qл11 JIК.
дпЯ......tl.аrлядности можно преДПО ОЖИ ТЬ, что ко п с в а ает
.... .1..
относительно неподвиж'ноrо червяка. ри этом очевидно, что.
.... _ .... ь...
..... _............. ,_...' .. .HI.. Т "f' .......... и
вдоль оси червяка перемещается в основном тот материал, которы-и
u
стремится «вращаться» вместе с корпусом, а не тот, которыи стре..
мится прилипнуть к червяку. Поэтому во всех случаях, коrда.
это упрощает понимание, мы будем считать корпус вращающимся.
На рис. 4,9 показано расположение неподвижной системы.
координат х, у, z и вспомоrательной оси l. ПоложитеaJ1ьное на...
правление осей отмечено стрелками. Ось z направлена вдоль оси'
Dинтовоrо канала червяка, ось 1 вдоль оси червяка.
186
r л. IV. IIlПРvIЦЕВАНvIЕ
.......
Уrол подъема винтовой линии канала, т. е. уrол между боко...
u
вои поверхностью стенки канала плоскостью, перпендикуляр-
u
нои к оси червяка, увеличивается от минимальноrо ero .значения
на наружном диаметре до максlfмадьноrо значени.я на дне канала
у тела червяка. Величина уrла подъема винтовой линии канала
определяется выражением
ер arc tg t /тcD
rде D переменный диаметр канала, 'замеренный на лю'бом рас..
стоянии от дна канала. В дал'ьнеЙПlем, несмотр.'Я 'на то, что можно
. ., . .
Ось l./ерОяка
.............- - '"
. .
.t
. .
.. '". :
с
. 1J
, .,
.
Ф: '\" w \,
' .... . '" ., - , \
)...,. .,, \
'" \ ,
\ \ '\ \ ' .
\ \ . \.-
, "
\' \ \
" \ ,
, " ' \ \
, , , ,
, \ \'
\
.
\ ',Относительное
'. \ ,tJlJlJжение
'\ ',, орл!/са
. " "!(х .
, \
, \{fc
, \
\ ,
\ ,
. "
,
1
Стенка
ко нола
х
1
"
/106ер,хност ь
корпуса
,ооз6ертка
vерdяка
Канал
z
..' .
Рис. 4,10. Плоская модель, ИЛЛЮСТРИРУЮLцая работу
..,
од.ночервячнои щпрнц...машины с двухзаходным червя.]{ом,.
.' ,
.
привести ряд соображений, оправд.ывающих применение при pac
чете различных значений уrла подъема, вычисленных для различ-
ной лубины канала, будет рассматриваться только минимальное
значение уrла подъема, соответствующее наружному диаметру
червяка. Для червяков с каналом малой rлубины разница в ве-
личине внешнеrо и BHYTpeHHero yr ла ПОДЪ.ема невелика ..
Существенное упрощение достиrается, если пренебречь кри
визной канала. В этом случае канал червяка можно, фиrурально
rоворЯ, развер'Нуть на плоскость, как это показано на рис. 4,10.
При этом корпус машины будет изображаться бесконечной плос
u
костью, движущеися над развернутыми каналами в перпендику"
лярном к оси червяка направлении. ПримеН НrJ упрощенной
модели подобноrо рОДа сопряжено с ВОЗМQЖнОСТЬЮ появления
ошибок инеопределенности в. правильном В:QIЧИСЛ l:iИИ диаметра,
ВЫВОД УРАВНЕНИй ТЕЧЕНИя для ЧЕРВЯЧf-l0rI шприu м.д.ш:vIJ-1ыl 187
.
п .
который входит в последующие расчеты. Это обстоятельство,
будучи несущественным для червяков с каналами малой rлубины,
,
может оказаться ощутимым при анализе червяков с rлубокими
каналами. В дальнейшем будет изложен приближенный метод
учета влияния кривизны канала.
. Окружную скорость корпуса U С можно разложить на Две
взаимно пе.рпендикулярные компоненты U z и ИХ, соответственно
направленные вдоль и поперек канала червяка. Аналоrично ско....
рость жидкости В любой точке канала характеризуется соответ"
u U
ствующеи величинои взаимно перпендикулярных компонент V z
и v x . Суще ст в ов ание ск орости поп ечноrо течения. Vx ОД!! _Q:
временн(iе' ' с оол ю сл овия неразрывн о сти ПО О !< .Q !! воg l! Т
.r'k... ",,,,,,,,,,,,,,,,,,),,,,,,,,, ''''''J,............................. .................... ......,...... lП ....... """..... v F
К возникновению в канале течения жидкости в направлеН !!,!I Qf1!.._У
c b '.скороcrБю .'vy '.'--Ве ли ч и на- это й скЬ Р - бс т и - о с боеiiно "зliiч ител ьн а
у '-ri-ер'еДiiей '-И' з адне й стенок канала, у которых жидкость, текущая
в поперечн6м направлении, изменяет направление течения. Так
как слаrающая скорости, параллельная оси у, возникает только
. -.
вследствие изменения величины скорости поперечноrо течения
v x , влияние ее на производительность можно не учитывать. .По-
. U
этому в дальнеишем предполаrается, что V y во всех случаях равна
Нулю. Из дальнейшеrо очевидно, что скорость поперечноrо тече...
ния не оказывает прям'оrо влияния на величину объемной произ...
водительности червяка. Поэтому ошибка, вносимая в определение
величины расхода в результате пренебрежения компонентной CKO
рости V y ' будет невелика. . - .
. ПОС,кольку роль поступательной с корости V z и поперечной'
скорости V x в процессе шприцевания весьма различна, при
анализе удобнее .рассматривать влияние этих компонент потока
независимо друr от друrа. Этим одновременно существенно упро
u
щается математическии аппарат. .
Вывод дифференuиальных _ уравнений течения жидкости в.
. . .. ""
канале червяка, которые иrрают ОСfIОВН)ТЮ роль в дальнеишеl\1
исследовании, приведен ниже более подробно.
Распределение скоростей в каиале Червяка
.
Распределение скоростей вдоль оси винтовоrо канала (ось z)
В качестве отправноrо пункта для вывода дифференциальных.
уравнений течения и уравнения объемноrо расхода для канала.
червяка можно воспользоватьСЯ известными уравнениями тече...
ния вязкой жидкости о4 . Если рассматривается стационарное-
U u
ламинарное течение несжимаемои изотропнои жидкости, то урав..
нение движения для потока в направлении оси z принимает вид:'
_ др a 2 v z + a 2 v z + av z . afL --+- av - о afJ- (1)
az 11. дх 2 д у 2 дх дх · ду dy
188
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
, LL L
в этом уравнении вяз ость может зависеть от пОложения эле-
u
мента жидкости в канале и определяться величинои температуры
и rрадиента скорости в этой точке канала. Друrими словами,
.уравнение (1) не накладывает на поток никаких оrраничений
(не требует, чтобы жидкость обладала ньютоновской вязкостью"
..а течение было изотермическим). -
Обычно вязкость. идкости очень мало изменяется, вдоль
оси х в поперечн,ОМ сечении канала, так ка.к температура жид..
кости в канале и величина rрадиента скорости при переходе от
одной стенки канала. к друroй существенно не меняются. Поэтому
в у'равнении (1) частную производную (a-r/ ax ) можно приравнятр
нулю. Тоrда уравнение (1) принимает следующую форму: ; -
др a 2 v z + д2vz av. z дp " ( 2 )
. дz дх 2 д у 2 ' + ду · ду
у равнение (2) описывает н.еизотермическое течение ненью..
u
тоновскои жидкости В канале червяка для всех практических
случаев. Общее аналитическое решение уравнения (2) веСЬма
'СЛО,жно и до настоящеrо времени еще не получено.. Однако полу..
цены частные реш,ения уравнения (2), описывающ е изотерми-
ческий и адиабатический, режимы работы для червяков с задан..
v u
,но.и rеометриеи винтовоrо канала при шприцевании жидкости
с определ.енными реолоrическими свойств ми. Эти решения при--
ложимы к большинству практических .задач и являются хорошей
u u
теоретическои основои для расчетноro определения или анализа
.характеристики червячноrо насоса.
Если предположить, что вязкость жидкости по высоте канала
'не меняется, то последний член в уравнении (2) исчезнет, так как
,afL
д равно нулю.
.у
Такое допутцение предполаrает, что червяк термонейтрален,
'т. е. не наrревается и не ох'лаждается до такой степени, чтобы
'это моrло повлиять на величину вязкости находящеrося в канале
расплава. Аналоrично можн,О предположить, ЧТО теплопередача
от корпуса к расплаву достаточно мала и существенно не влияет
на вязкость расплава. При этом считают, что вязкость расплава
'у стенки корпуса равна вязкости расплава на дне канала (более
общий случай, без этих оrраничений, рассматривается ниже).
Следует отметить, что сделанные предположения не накладывают
u
никаких оrраничении на возможность изменения вязкости жид"
кости по длине канала червяка, Т. е. по напраВс.ТIению оси z.
С учетом вышеизложенных оrраничений получается следующее
'утравнение:
др
1
az
!.L
a 2 V Z .... + a2VZ
дх 2 д у 2
(3)
ВЫвод УРАВНЕrlИй ТЕЧЕНvI5I ДЛ51 ЧЕРВЯЧНОй ШПРI/IЦ МАШИНЫ 189
...
Решение этоrо дифференциальноrо уравнения, удовлеТВОРЯЮlцее
rраничным УС.Jl0ВИЯМ, существующим в винтовых насосах. было
дано независимо друr от друrа в раз..ТIИЧНОЙ форме рядом уче--
ных16, 46, 61, Б8, 68, 22.
. в 1955 r. Мескат 48 критически paccMoTpe ТI результаты, ПО.;lУ"
u
ченные всеми этими авторами, и показал, что наиденные реше..
ния по существу равнозначны. В дальнейшем изложении реше-
ние этоrо уравнения будет представлено в форме, которую мы
считаем более удобной чем формы решения, полученные выше..
упомянутыми авторами.
выlужденныый поток. Если в канале червяка существует только
u U
ВЫНУ)I{денныи ПОТОI{, которыи возникает вследствие прилипания
}КИДI{ОСТИ к поверхности корпуса и blЁ Jl.ивается в массе жидкост и
з а сч т вязкоrо тре н ия, т о уравнение (3) ДОЛЖНО удовлетворять
следующим rраничныIмM ус л о виям: L
V z
о при х О и х
и' , [/
.....
о
V z U z при у h
"'
На рис. 4,11 ..приведена схема поперечноrо сечения канала,
на КОТОРОЙ ЭТII rраничные условия представлены особенно на..
rлядНО. Поскольку в KaHa lt 7Ie наб,JIюдается только вынуЖденное те-
.
-
Vz=O
при
х=о
vz=o
при
X:=W
I/z = о
при
!/=о
Рис. 4,11. Поперечиое сечение канала. rраничные условия
для вынужденноrо потока" и ПРОТИБотока.
чепие, возникающее вследс-твие ВЯ3КОl"О трения, rра..циент давле...
ния по оси канала др/дz равен нулю. Тоrда )травнение (3) превра..
щается n ОДНОрОДное дифференциальное ypaBHeH Ie: решение
190
[.П. lV. ШПРИUЕВАНИЕ .
KOToporo удовлетворяет заданным rраничным условиям и имеет вид:
V zd
со
4U z . 1
1t ", g
g 1, 3 I 5".
sh gтcy/w
· sh gтr:hjw si n g7t'xjw
(4)
Интеrрируя уравнение (4) по площади поперечноrо сечения
канала, получим веЛИЧИ11У объемноrо расхода поступательноrо
потока:
w h
qd
п
vzdxdy
(5)
о о
rде n число параллельных каналов червяка.
Результат этоrо интеrрирования выражался каждым автором
различно. Пожалуй, наиболее удобной является форма, предло...
жен на я Сквайрсом 68 :
q nUzwh F
d 2 d
(6)
rде F d- коэффициент формы для pacxo) a вынужденноrо ПОТОКf1
u
которыи определяется из выражения
00
16 1-
F d :Jh/. th
тt w gз
g == 1, 3, 5,. . .
gтt (h/w)
2
(7)
Величина F d зависит только от rеометрии к нала червяка и пол...
ностью определяется отношением rлубин.ы канала -К . ro ширине,.
h/w. ... .. .
Вычисленные из уравнеlIИЯ (7) значения F d В зависимости от
.величины hlw представлены rрафически на p11C. 4,12.
Результаты экспериментальной проверки значеНИl1 коэффи--
циента формы для вынужденноrо потока изложены в работе
Сквайрса 66 , который опытным путем определял объемную про из....
водительность червяков Дliаметром 50,R .14.М при шприцевании
полиизобутилена и расплава полиэтилена. rеометрические раз
меры каналов червяков изменялись в широких пределах.
На рис. 4, 13 по!<.азано нескОЛЬКО чеРВЯI{ОВ, KOTopble испыты
вались при шприцевании полиизобутилена. Определенные экс-пе".
риментальные значения коэффициента формы ВЫНУЖДенноrо по..
тока представлены rрафически на рис. 4,14. Удовлетворительное'
совпадение между эксперимен'тальными и расчеТНЫlVIИ даНl-IЫМИ;
указывает на справедливость теоретическоrо уравнения (7)
.
ВЫВОД J'Рj\ВНЕI'IИй ТЕЧЕН I.я. для ЧЕРВ5IЧНОfI ШI1РI IЦ МАШИI1Ы 191
.....
. Противоток, В большинстве случаев в винтовом канале чер-
_Бяка существует rрадиент давления дрlдz, так как червячные
шприц"машины или создают давление, необходимое для выдавли-
O
0.8
Fa = Fp = f
, ....... 0,0 . ,
.
Fa
..... .,
"' 04
,
({2 I .
Fp
о
0,2 0,4- 48 0,8. O 2 4- 1,8 8 O
IJ ,
w
: .
Рис. 4,]2. КоэtJфициенты формы вынужденноrо потока
и противото]{а.
..
E?:;/;: \:/:: j : :;; E= } {/ - '\.; Н})1jЩ] )/::::.,-' . - .':::<) ЪП ТЦ):::: ....
:.:.:.:.:.:. ',' .
f'd
1,0
" feo,oeтuCleCf(OR I(pudon
-- j
t5% Hыи Jоdерuтельнь/u
(jнтерdол ,...;.
'.'.'...",
:::;: :: : : : :: :: : :
8
08
.
J
0.4-
......
.........
.........' .'.', '-' '
::::::::::::::::;.
.. ..
;я?<: \\::1} , ::М{; т >I r (: : l l '::;.<; \;* N ';\;:- \ :,Ч: {; N .:.\;:i ;, :".;:; :v.: ;l ',: - );::;: rN ' "::;: . tx .;. . ;:,:
.' .. ','). '.'" 1.... _ .., :у........ _I..r.. ......... ..,....... .....-..1. .... .. "'.01'..11 ..... 1.
,. ,. .. \. ..... ....._..' "._",_.., 00.. ....._ ",,' о..'" .._ . ,. , ,'.' -.'.'o. ' ,..,
, > ::,\..:. .0::':': ::=-':'::;: \,.::::::: ;}::: :..:\ . :..o \?::, .;y.:_,. .\:_._:z.,.; :-.-:.::_:: ?;::::.:<::,
".. .......... ....I!'IiL....:,..",
42
.......1.
.........
.....1,"
.1'0'.'"
- - - . . . . .
11'0'.".
'; 1-
:) .: .: .. " _, _'. о': .' :-;-: .':', - - :;:::::::: :::: - :: ; о':::; - ::' :::;'::::: - :.:::;:: ,::;:o: ::::::;:::::::: _. ::::::::/:::.
u[ъ йшrЫ Л : J :: { Д:j I:ИШ =ШiШ\ Ш М fй#йтiЯ%11lи\%i
о
{{2 4- 0,8 0,8 {О t2 4
17
w
8 8
. < .
.Рис. 4,] 3. Червяки различ
ной формы, ИСПblтывавшиеся
при шприцев ани н полиизо
бутилена.
Рис. 4, ]4. Сопоставление теоретнческих
значений коэффициента формы вынуж..
денноrо пото]{а F d с эксперимента.71ЬНЫ"
ми данными:
О If 8..........ПОлии30бутилеи;. О полиэТилеН.
вания материала, или осуществляют реrулирование расхода плас-
1'11 ка, выходящеrо из области с более высоким давлением, т. е.
.
192
r Л. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
; ,.
иrрают роль «динамических дросселей». ПО1'ОК, возникаIОЩИ{I
в результате существования rрадиента давлений, может быть
описан частным решением уравнеlIИЯ (3), удовлетворяющим сле..
дующим rраничным условиям:
V z О при х о; х w, у О и у h
Решение, удовлетворяющее этим [раничным условиям и описываю
u
щее распределение скоростеи в противотоке) выражается след,ую"
щим уравнением:
со cll g7t (2х w)
др 1iIII.LI...
1 . уЗ hy 4h 2 1 2h у
+ .. (8)
v zp . 3 · · s 1 П g1t
J.t az 2 2 1t 3 h
g g7t
сЬ
g==J I 3,5,.... 2(h/w)
в этой форме уравнение, описывающее распределение скоростей
в противотоке, было предложено rOYPOM и Мак--Келви 34 .
Интеrрируя уравнение (8) по площади поперечноrо сечения
каllала, получим объемный расход противотока, являющийся
следствием существования в канале rрадиента давлений. Этот
объемный расход равен:
qp .
n w h3
12fL
др
az
Рр
(9)
rде F р коэффициент формы для расхода противотока.
Так же как и коэффициент формы вынужденноrо потока, коэф"
фИILиент формы противотока зависит только от отношения rлубины
канала к ero ширине, h/w:
со
F 1
р
] 92h/w
""'"
7t 5
1 th
g5
g7t
2h/w
(1 О)
g==l, 3, 5,...
Значения Рр, рассчитанные по уравнению (10) при изменении
hlw в интервале от О до 2,0, приведены на рис. 4 12.
РезультиРУЮlций поток, возникаЮЩUl-l вследствие наложенuя
пpomlleonWKa на вЫНliжденный nоnwк.. ].еория одномерносо течения.
Истинная величина и направление вектора скорости в каждой
точке сечения канала, так же как и результирующая величина
объеlVfноrо расхода, MorYT быть определены путем суммирования
компонент вынужденноrо потока и противотока. * Н а даННОlI
* Такой подход, cTporo rоворя, справедлив только при шприцевании нью"
u u
тоновских жид]{остеи, так как в противном случае вследствие нели неи насти
уравнений нельзя пользоваться принципом аддитивности решений. Прuлt.
перев.
вывод УРАВНЕН lй ТЕЧЕНИЯ ДЛЯ ЧЕРВЯЧНОй ШПРJIU- \1АШ]IНЫ 193
. r .........
,
стадии течения утечками, с)тществующими в зазоре между rребнем
червяка и внутренней стенкой корпуса, можно пренебречь. Уа-
ким образом, ск,-nадывая уравнения (6) и (9), получим вы раже..
ние для величины результирующеrо объемноrо расхода q:
q
q qd + qp
nUzwh F nwh 3 . др F
2 d 12fL az Р
(1 ] )
Подставим в уравнение (11). следующие выражения:
...r
lJ z == и с cos qJ
тr:DN cos qJ
w Ь COS qJ
t
. е cOs fP
(12)
(13)
(14)
( 15)
n
пе
7tD 1 .
t 5lП У
(16)
n
t тr:D tg fP ( 17)
z l(sin({J (18)
rде N число оборотов червяка в еДИНИIIУ врсмени
п число заходов червяка (все остальные-обозначения при-
веде.ны на рис 4,11).
При этом уравнение (11) может быть записано в одной из трех
полее удобных для расчета червяка форм:
F dn7tDNhw cos 9
q 2
F pnh 3 m' sin cf
12fL
t
др
.
.
дl
( 19)
t
е cos 2 cf
F рп/1 3
.
е s 1 П cf · с 05 cf
] 2rJ.
др
. dl
(20)
,
F dn7:D/,.}h
q
n
2
п
F d1C 2 D2Nh 1
пе
t
.IIJPII." LМ...
2
siп ер СО5 cf
F ,J 7LDh 3
пе \
1 t }siп 2 9 др
-
12fL · д 1
(21 )
q
--
..... Р"...........
Каждое из трех вышеприведенных уравнений может быть записа..
но в форме: .
q F daN
а др
F ' t .
Р дl
(22) .
13 Пеrсработк8. термоп.настичных материалов
, 194
r л. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
"
.&......
.1. 17
rAe a , F d И F р зависят только от rеометрических размеров чер
вяка 4 Пр11 этом формулы, опр деляющие значения а и , различны
и зависят от Toro, какое из уравнений при меняется. Если восполь...
зоваться формой ур авнения (21), то пол уч им:
пе
7t 2 D 2 h
1
t s i n cos су
2
(23)
а '
JI
nDfL 3 1
пе
r sin 2 ер
1
12
, ' .
(24)
Полученные уравнения позволяют ВЫЯВИ1'1, несколько c)'
I1 ественных особенностей работы винтовых насосов.
Во первых, из этих уравнений вытекает, что если вязкость
жидкости во всех точках сечения канала постоянна, то расход
f,)
вынужденноrо потока не зависит от вязкости перекачиваемои
>I{ИДКОСТЙ (ВЛИЯrIие изменений вязкости по высоте каllа.па на
.
величину производительности будет рассмотрено ниже). В пре..
.Dtелах этоrо по существу небольшоrо оrраничения ВХОДЯЩI1Й в
уравнение (22) член, определяющий расход вынужденноrо по"'
u
тока, описывает вравнои l\.Iepe расход как ньютоновских, TaI{
u
И неньютоновских ЖJ1дкос rеи.
Во-вторых, если пренебречь изменениями BToporo порядка
пе
в величине F d И 1 t ' то можно считать, что расход вынужден
Horo потока при постоянном уrле подъема винтовоrо каlf2ла уве--
личивается пропорционально квадрату диаметра червяка и про.
" порционально rлубине винтовоrо канала.
В-третьих, величина расхода вынужденноrо потока прямо
пропорциональна скорости вращения червяка.
В отличие от вынужденноrо потока величина противотока
зависит от вязкости жидкости. Поэтому при расчете расхода
противотока необходимо учитывать как аномалию вязкости
расплава, так и изменение вязкости материала вдоль оси винтовоrо
канала (м етоды, ПОЗВОЛЯ'ЮЩI1е уч е сть изм енени е вязкости при .P. c--
чете п роизводител ь но с т и ч ервяка и ' зл о ж ен Ы ниЯIе;_ iр " 2D5: _ .::2 08}... -
к.р" о ме To ro , рас х о'д п ьно з ависит от rлубины
канала, так как он пропорционален третьей степени rлубииы ВИII..
TOBoro канала. И, наконец, последнее отличие состоит в том, что
расход противотока увеличивается прямо пропорционально диа-
метру червяка и совершенно не зависит О'Т СI\ОрОСТИ вращеНlrя
червяка
Единственная связь между скоростью вращения чеРВЯl{а 11
расходом противотока состоит в ТОМ" что изменение С КОрОС1'И вра--
ВЫВОД YPABHEI;I'I} 1 ТЕЧЕНl-IЯ: ДЛ)I ЧЕРВЯ:ЧНОИ ШПРl/fЦ ]\1АШ1111Ы 195
щеН IЯ может влиять на величину ВЯ3I{ОСТИ расплава или потому,
что при, ЭТО1\{ меняется температура расплава, и.л:и ПОТОI\1У, что
расплав обладает аномалией вязкости.
Физический смысл коэффициентов формы F d И F р состоит в
следующем. Эти коэффициенты определяют отношение факти...
ческоrо расхода вынужденноrо течения или противотока к тому
предеJII>НОМу теоретическому значению, которое имела бы вели
ЧIIна расхода, если бы краевой эффект стенок канала был равен
НУJIЮ. Боковые стенки канала искривляют поле скоростей по..
тока в прилежащих к ним областях. Это искажение уменьшает
величи у объемноrо расхода как поступательноrо потока, так и
противотока по сравнению со значениями. полученными при
условии, что ширина канала в направ.nении ос,и х бесконечна.
По мере умеНI")шения ве..Т"lИЧИНЫ отношения h/w значения обоих
коэффициентов формы F d И .F р приближаются к еДИнице.
Если принять, что КОЭффИI.(иенты ,Р d И F р равны единице, то
уравнение (11) принимает ВИ/"Ц:
q
nи zwh
,
2
nwh 3 др
12fL . az
(25)
-Используя коэффиuиенты а и , определяемые соответственно
уравнениями (23) и (24), получим:
q aN
др
fJ. · дl
(26)
т ак как из Уl)авнения (25) следует, что скорость в канале из..
меI1яется только в направлении оси у, это выражение получило
название «одномерноrо}> или упрощенноrо уравнения шприце...
вания 21 .
у равнение (25) можно непосредственно вывести из исходноrо
дифференциа Т}ьноrо уравнения (3), если предположить, что член
(д 2 Vz,lдх 2 ) равен нулю как это и имее1' место в каналах с весьма
малым зlIачением отношеI-IИЯ rлубины к ШИрИfIе. В этом случае
имеем:
др a 2 v z
az == t.t. д у2
(27)
ИнтеrрllРУЯ это уравнение,
V Z О, у О и Vz, [/z, при у
в канале:
при следующих rраничных условиях
/1, получим распределение Сl{оростей
V U z!/..... + . у2 '1У др
z h 2 . az
(28)
r
JЗ*
196
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
"ПII L .1:1
Оба члена, -стоящие в правой части уравнения (28), представляют
собой предельные значеНIIЯ скоростей соответственно вынужде.н"
Horo потока и противотока, которые получаются из уравнений
(4) и (5) при уменьшении отношения h/w. Интеrрируя уравнение
(28) по площади сечения п параллельных винтовых каналов,
получим уравненис, из KOToporo определяется суммарная объем..
ная производитеt.ТIЬНОСТЬ сравнительно мелких каналов:
q
пи zwh.
J
"2
nwh 3 др
.
12tt az
(29)
..
Очевидно, что это уравнение полностью идентично уравнению
(25), представляющему собой предельный случай, к которому
стремится двумерное уравнение шприцевания по мере уменьше..
ния rлубины канала. . '
.. op, Секстон и Джепсон 51 предложили записать уравнения
(28) и (26) в несколько иной форме:
V z U z [(1
3а) (yfh) + 3а (yfh)2]
(3О)
и
q пи 2 hш (1 а)
- (31 )
rде а это отношение расхода противотока к расходу вынужден-
Horo потока.
а qp/qd (32)
А.
или
h 2 др (33)
a
6и zfJ- .. az
Знак минус вводится для Toro, чтобы сделать отношение а положи..
U u u
тельнои величинои, так как расход qp в используемои системе
КОО'рдинат имеет отрицательный знак. Можно записат а в не..
сколько иной форме, ес }]и воспользоваться уравнениями (12) и
(18) :
,
. h 2 tg ер др
.
6тcDNtt al
(34)
а
в общем случае, если к (iбоим концам червяка приложены произ..
вольные внешние давления, а может ПрIlнимать tflюбые как поло..
жительные, так и отрицательные значения. Однако если такие
внешние давления отсутствуют, значение а изменяется от нуля до
единицы. При ЭТОМ а . О для червяка) работающеrо в режиме
свободноrо выхода, и а """" 1 для червяка, работающеrо с полностью
.
]98
r'JI. 1\1, ШПРI-IЦЕВАН:VIЕ
и изменение ВЯЗКОСl И жидкости по rлубине канала не учитывались
в предположении, что их влияние пренебрежимо мало.
Если пренебречь утечками, величина которых обычно очень
мала, суммарное значение расхода для 1 ечения в поперечном
направлении будет равно нулю, так как с обеих сторон поток
оrраничен стенками канала. Поэтому qx О, а с==- 1. При .3ТО1\'
условии уравнение (35) принимает вид:
V x U х [3(У//1,)2 2(у//1,)]
(39)
Профили скоростей. Выведенные в предыдущем разделе урав..
u
пения ПОЛНОСТI.>Ю описывают распределение СКОрОСТЕ:'и, которое
существуе1 l в канале червяка. 11Сl{JIЮ 1 [ением являются TOJfbKO
!.{;
48 = 8ын!/ж
!/ 0,6 tJeHlltJ/iL I ..
h 124 170тон
42 Yzd
О
поОерхность корлуса
протlJОотон
Yzp
!J. L Ce,oiJel./HUH I./ер81lка
х z
РезультlJjJ!/ЮЩl.ld латан
.
O
'8
!/ б
h ау
0.2
t
О а=>=О 1
CdOOOtJHbIи a 3
tJbJ,XOtJ
2 .
а= 3
и 2
..........
IJ (j
а=:/
За HjJbIтhIU'
6ы,хои
Рис. 4,15. Профили скоростей потока, направленноrо по
оси канала.
I)асположенные у стенок канала области, в КО'Торых поперечный
flOTOK мен'яет I-Iапр.авление. При повороте потока у стенки канала,.
естественно, возникает компонента скорости и у , перпендикуляр"
ная дну канала. Эта вертикальная компонента до сих пор не учи...
тывалась. Однако более внимательное рассмотрение линий тока
в этих местах ПОЗВОJIяет лучше разобраТI)СЯ в работе червячной
шприц"машины. . .
Продольное течение (вдоль оси винтовоео канала). Если orpa..
ничиться рассмотрением каналов со сравнительно малой величи
ной отношения rлубины канала к ero ширине, ПрОфИс.ТIь скоростей
потока, направленноrо параллельно оси винтовоrо канала, опре..
деляется уравнением (30). Наиболее типичные эпюры скоростей,
рассчитанные по этому уравнению, представлены на рис. 4, 15
выIс),J YP}\BHEH1.1P[ ТЕЧЕI II1Я ДЛЯ ЧЕРВЯЧНОf1 ШПРIIlI Л'lАШИНЫ 199
Эпюра скоростей вынужденноrо потока имеет фо'рм)r 'прямо-
уrольноrо треуrольника,Д эпюра скоростей противотока пара
болы. Фактический профиль скоростей потока устанавливается
в результате наложения на ПРОфИ.;1Ь СКОрОСТ'ей ,. вынужденноrо
потока профиля скоростей противотока. _ Р1>L .J2е3.УЛ.ЬТИQ.YЮIД еrо
ПРQф ЛЯ ско р g й соот еEIВ У.IOL..tl з ли н..Р1 аW 8еН kt Я С .Q тно ше
Н LQ.?'Е QД ' riQ9ТИ .Q тока J5 аСХОДl !> y e !! H!?r П ТО'5а.
Эпюра скоростей, построенная для а 7.7 3' nредстаВ 1Jяет осо..
-бенный I-Iнтерес, .так как 'при Э1'ОМ распределении скоростей, как
это будет пок.азано' ниже, обеспечиваеТС5I максимальная про
изводительность шприц машины при любом противодаВ.т[ении
в rOJIOBKe.
Однако из рассмотрения только этих эпюр, характеризующих
u u
распределение скоростеи в плоскости, параtlТ'Iлельнои оси винтовоrо
канала (ось z), можно ПрИЙ/fИ }{ выводу, что !3.' ка:н"але червяка
вследствие существования противотока появляе ся оБJIасть обрат
u .
l-IОrО течения, в которои жидкость движется в направлении от
. u
.rоловки к заrрузочнои воронке.
За исключением пренебрежим() малых 'утечек через кольuе
вой зазор в действительности ни при каких условиях работы
шприц маши.ны в канале червяка не возникает течения, направлен
Horo противоположно основному потоку.
Встречаlощиеся в литературе ссылки на возникающий в ка-
нале противотокВ' 33,43,45, 58, 62 приве ТIИ к 'распространению
ошибочноrо мнения о том, что в канале действительно происходит
течение в об ра тном направлении. Taj{ . .а й «п оти »
во6б'р а ж аё' м6е " теч'ение -обр'ag-ованн о е п роекция ми скоро ст й дей..
.
СТ!:rИ1ельноr(J ПО , я на!Ш еЦll ЬJJ!1 _..В QJ5 12ат-щuo
, <:2' ?pq .Yl = . 9!'S!= ,, e Q ( С 6рос и су _ р r .. .ПQ Q ка B ЭТИХ " ж е
то чках на правлены S T,QPQ}! . rоло
. "'Rе с м о т 'р я ' ' на "' это' У' предположение о с)тществовании абратно
напраВtllенноrо 'течения противотока, вызванноrо давлением в ro..
t-lIОвке, оказываетс.я весьма полезным для анализа зависимости
производительности шпрИЦ МпШИНbl от давления в rоловке и от
rеометрических размеров червяка. При этом следует остереrаться
'ошибочных выводов о действительном направлении линий то}{а
в кана пе червяка, которые МОl\ТIИ бы явиться реЗУJIьтатом упро
щенноrо понимания очень распространенноrо rрафическоrо изобра...
u u u
жения эпюры проекции деиствительных скоростеи потока на
ось z. Для Toro чтобы получить l1равильное представле.ние о
действитеЛЫIОМ течении жидкости в канале червяка, необходимо
одновременно с продольным течением рассматривать поперечное
течение, I{OTOpOe возникает в результате существования нормаль..
200
rJl. IV. ШПРИЦЕВАНI1 Е
"I..........-ч
.
ных компонент скорости потока, являющихся проекциями истин
u
ных скоростеи ПОТОI<а на ось х. .
ЦIJ.РКУЛЯЦUОНflое тeLleflue. Эпюра скоростей потока, сущест",
вующеrо в нормальном Сечении канала, т. е. в плоскости. парал
лельной оси х, представлена на рис. 4,16.
Поперечный ыоток фактически представляет собой ЦИРКУ.ТIЯ--
ционное течение, поле скоростей KOToporo приближенно описы--
вается уравнением (39). Распределение CKopOCTe поперечноrо по..
тока не зависит от давления в rоловке и ПОЛIIОСТЬЮ определяе.rся
rеометрическими размерами канала и скоростью вращения червяка..
!I
f.IX
к
z
.
.
Рис. 4,16. Про:риль скоростей ЦИРКУЛЯЦИОJiноrо
. .
течения.
Результирующее распределение скоростей. Для TOro чтобы
Представить себе истинное распределение скоростей в TpeXMep
ном Потоке, необходимо векторно сложить компон'енты скорости
в ка,кдоi'r точке. Д'иаrрамма, иллюстрирующая результат. тзкоrо
сложения проекций вектора скорости на нормальную и параллель..
ную оси канала плоскости, представлена на рис. 4,17. На этой
U .
диаrрамме компоненты скорости течения для сечении, расположен..
ных на различном расстоянии от дна канала, изображе,ны так,
как их будет видеть наблюда1 ель, смотрящий н'а к'"анал вдоль оси
у. На рис. 4,18 эти же диаrраммы распределения скоростей Изо
браженыI в перспективе. Диаrраммы построены для червяка с
каналом прямоуrольноrо поперечноro сечения. Уrол подъема
винтовоrо канала.. 17042'. Однако полученные результаты спра
веД.JIИВЫ для червяка 'с. любым значением уrла подъема канала.
Величины поступательной (параллельной оси z) и нормальной
(параллельной оси .У) компонент вектора скорости рассчитывались
для различных значений отношения y/h при режиме свободноrо
выхода (а O) Нулевоrо расхода (а 1) и для промежуточноrо
режима (а 0,5). На рис. 4,17 эти компоненты изображены в виде
пунктирных стрело'к. Отметим, что, как это было указано выше,
поперечная компонента вектора скорости не зависит от р има
работы и при изменении а остается постоянной. Векторно склады
выlодд УРАВНЕНуlй ТЕЧЕНуl51 ДЛ51 У..IЕРВ5IЧIIОй ШПРI1Ц !\i\АШl-IНЬ
...0lI*l j .....
201
-
вая эти две норм'альные компоненты, получим вектор истинной
u u
локальнои скорости для соответствующеи точки в сечении канала.
Суммарные векторы, изображающие фактическую величину
сооооаныи
6ыхоо
а:=О
!1otlejJXNocтb
I(ОjJлуса
а == а5
JaH,DbIтb/J
tltJ/xotJ
а := 10
.
O
"",-
J-X \
\
\
\ '/J =/17°
1I lI z
.Ji'#'
\
\
\
\
,
.#
\
\
\
,
\
0,8
\
\
\
6
\
t.&..
!I
h
o,
'f
\:-.
..
:
q2
у оси
l
Х
2
., .
'.
о
CeptJeVHUR чер8Rlfа
Рис. 4,17. Направление и велнчина скорости потока н а
различном расстоянии ОТ дна канала червя]{а, если CMOT
реть на движенне материала в ]{анале вдоль оси у.
скорости в данной точке потока, изображены на рис. 4, 17 сп лош...
ными толстыми стрелками. Необходимо заметить с.пеДУIощее:
1) Ни при каких УСЛОВliЯХ в канале. червяка не возникает
u u
J10кальных скоростеи,. направленных к заrРУЗОЧIIОИ воронке,
Проекции которых на ось 1 имели бы отрицательный знак.
2) Ни при каких условиях в канале червяка не существует
поверхности, на которой не было бы течения жидкости. Един..
ственным и сключением является реЖIIМ нулевоrо расхода,. при
202
r л. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
r "
r
.
..
...
котором в сечении канала, отстоящем от ero дна на расстоянии
двух третей rлубины канала, обе компоненты вектора скорости
одновременно равны нулю.
3) Наиболее праВИ.тrьное толкование В"Т}ияния изменения OT
носитеЛhноrо значения расхода противотока (изменение а) со...
стоит в T01\I, чт'о при всяком изменении а одновременно соответст--
вен но меняется направление векторов скорости во всем сечении
потока.
1..
Q..
GG
t t(\fI '
or
VK
.. \
,
tY (),
.(I.t G .
t\" (\
oy
Открытыи
Оь/хоа .
(а=о)
#уле60ti
росхоо
( 0=1/J )
,
.
Рис. 4,18. Пространственная f диаrрЗ!\'Iма распределения скорсстей
.
в канале червяка.
4) При работе в режиме нулевоrо расхода течеН1Jе ,кидкости
u t..
В червяке превращается в замкнуть и KpyroBOJi поток, располо--
u u
женныи в нормальнои к оси червяка плоскости.
5) При отсутствии пристенноrо скольжения скорости потока
на rраницах имеют следующие значения: [ a дне канала v==O, у
стенки корпуса v и С .
Недавно Эккер и Валентинотти опубликовали эксперимен--
тальную работу, в которой приведены результаты непосредствен
и U
ных замеров "ТIокальных CkopOCteI-I жидкости, протекающеи по
KaHa..ТIY червяка шприц--машины с прозраЧНЫ1\1 КОРПУСО1\f 26 . Эта
работа является единственным опубllТ"lикованным исследованием,
в котором привед ны данные о фактическом распределении CKO
BI)1BO ], УРАВI IЕНИ['f ТЕЧЕНI1Я для ЧЕРВЯЧI IОl I ШПРl"II1 МАШI,IНЫ 203
ростей в канале червяка шприц машины. Все ранее опуб"ТIикован"
ные экспериментаЛЫ lые данные бы.ТУИ основаны на замерах CY1\I"
марных зна 1 Iений ра.схода шприц)темоrо ма1'ериаt-ТIа. П.оэтому ис
следования выполненные ЭКI(ером и ВалеНТИНОТТJ-I, можно счи..
u
тать наиболее серьезным подтверждением СjтщеС.ТВУIощеи теОРИIl
шприцевания, так как их результаты хорошо совпадают с выво..
дами 'теории. Особенно это относится к теоретичес}{ому распре
u
де.тrеI-IИЮ скоростеи в потоке,
изображенном)' 1-13 рис. 4,17
или 4,18, которое полн'остью
подтверждается результата..
ми их исследования.
ДвУ.Л4еРflое тече1iltе. По..
u
с.кольку эпюры скоростеи
ПрОДо.Пьноrо течения (с.м.
рис. 4,15) быvТIИ рассчитаI Ы
u
по уравнениям одномернои
теории шприцевания, есте...
ственно, что влияние сте..
нок канала на поле скоро..
u
стеи не нашло в них ника..
Koro отражения. БО.Тlее точ",
ная картина течения будет
получена, если воспользо"
ваться уравнен-иями дву'"
u
мернои теории шприцевания,
которые позволяют очень чет
ко ВЫЯВllТЬ влияние стенок
и краевых эффектов на рас..
u
пределение скоростеи в ка..
нале червяка.
Сво60дны(! выход. П ри OT
сутствии сопротивления, Ha
пример, rоловки, установлен-
..,
нои на конце цили.ндра, в шприц-машине не возникает никакоrо
противодавления, и в каиаJlе червяка существует только вынуж..
деНное течение. В этих условиях для расчета профиля скоростей
ПрОДОLТIьноrо по'rока моя{но воспользоваться ypaBHeHI1eM (4).
На p11C. 4,19 приведены rрафики, иллюстрирующие резуль-
таты, полученные для трех червяков, которые ОТtlIичаются друr
от друrа величиной отношения rлубины канала к ero ширине*.
На верхн ей диаrрамме изображено распределение скоростей в
* Прнведенные на РНС. 4, 19 диаrра I"IЫ распределения скоростей продоль
Horo течення заимСтвованы нз еще неопубли]{ованной (во время ПОДrотовки
рукописи) работы ropa Мак Келви34.
1,0
У
h О
ZO
12=07
ld '
0.5
0,4
0,2
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
f 0,5
Д O;;5
ld
о
1,0
0.9
0.8
0,7
* 0,6
0,5
0,4
О,З
0,2
0,7
О
0.2 !
"
..
ЛЦНUl1 посmОJlI/НОЦ
скоростl1
r
0,5
9
о.з
.!!.. 1
1d
J
01
,
0,05
7 0,2 3 4 0,5 5 0,7 8 о,о 1.0
I
W
Рис. 4, ]9. Диаrрамма распределения
v
поступательных с]{оростен в KaHa ТIe
червяка.
v
Цифры На КрИВЫх велнчина отношения .! .
U
'"
204
r л. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
....
. r
сравнительно мелком канале, rеометрические размеры KOToporo
подобны размерам каналов дозирующей зоны большинства чер...
вяков для переработки пластических масс. Средняя диаrрамма,
на которой изображены результаты, полученные для червяка с
не очень rлубоким каналом, h/w ' OJ25, иллюстрирует распре..
u u
деление скоростеи в заrрузочнои .зоне или в зоне сжатия дозирую'"
щих червяков. r.пубокий винтовой канал, к которому относится
нижняя диаrрамма, совершеннО не типичен для пластмассовых
шприц-машин, но вполне возможен в машинах Д ТIя переработки
резины.
На этих rрафиках орошо заметно искривление линий постоян
ной скорости. Это искривление увеличивается с увеличением
rJlубины канала. Влияние этоrо искажения поля скоростей на
величину cYMMapHoro расхода поступательноrо течения можно
учесть, воспользовавшись коэффициентом формы F d, rрафик зна..
чений KOToporo приведен на рис. 4,12.
Диаrраммы показывают, что материал, находящийся в уrлах
канала, почти совершенно неподвижен. Если червяк предназначен
для переработки термочувствительноrо полимерноrо материала,
то желательно скруrлить прямые уrлы у дна канала для Toro,
чтобы уничтожить область замедленноrо течения материала
.
и уменьшить возможность термическоrо разложения материала.
Режим нулевО20 расхода. Если закрыть материалу выход из
корпуса шприц"машины, то объемный расход будет равен нулю,
а давление в конце червяка достиrнет максим льноrо значения.
В этих условиях расход вынужденноrо потока равен расходу
противотока, или
...
qd + qp о
(40)
Объединяя это
выражение с уравнением (11), получим:
1 др 6и z F d
1i · az h 2 . F о -
..
(41 )
Используя уравнения (41) и (8), получим выражение, ко..
. u
торое о,писывает распределение локальных скоростеи при нуле...
вом расходе. Действительная величина скорости в соответствую"
u
щеи точке сечения канала определяется как сумма скорости вы..
нужденноrо течения в этой точке, определенной из уравнения (4),
и скорости противотока..
В реЗУ 1Jьтате получаем:
V z 4
...............
...............
u '"' 7t
'"
sh gтc (y/w) F d
· shg7t(l1/w) Sll1g1t(xjW)+ Р р
Зу
h 2 (у . h)
1 ,3,5: ...
ВЬ]ВОД УРАВНЕНИй ТЕЧЕI1ИЯ для ЧЕРВЯЧНОI V 1 ШПРИЦ МАШИНЫ
'а8 I
205
.ь..
r ....",
(х) сЬ gтe (2х tш)
24 1 2h
....L. sin g1t (h/w) (42)
gЗ · . ..
теЗ
gтe
ch
g.......] '3 j 5 р " . 2 (hjw) .
.
На рис. 4,20 приведена рассчитанная по этому уравнению диа..
u
rpaMMa типичноrо распределения скоростеи в нормальном к оси z
сечении для режима нулевоrо расхода.
Еще раз предостереrаем читателя от ошибочноr.о вывода о су-
ществовании в канале червяка, направленноrо в сторОНУ,заrру-
зочной воронки, течения расплава, который Mor бы быть сделан
Линии
постоянноt1 CKOfJOCтti
O I
0,8
У 0,6
h
0,4-
Ц2
О
+ 0.7
,
+0,5
+43
+t{2
+t{/ ,
. 0.0
/
42
t1з
Q9 tO
I 2 о,з o,/j ,) 8 Ц7 lJ,8
х
w
Рис. 4,20,. Диаrрамма распределения поступатеЛЬНЬ1Х
u
скоростеи в канале при ну левом расходе.
v
Цифры на КрИБЫХ ЕеЛИЧliliа отношения и z ,
'z
на основе этой диаrраммы. Не следует забывать, что на этой диа..
rpaMMe изображено распределение только параллельных оси z
компонент векторов скорости истинноrо течения.
Эккер и Валентинотти 26 получили блестящее эксперименталь.
u
ное подтверждение теории распределения скоростеи в канале
червяка для режима нулевоrо расхода, изображенноrо на рис. 4,20.
Течение с переменной по rлубине канала вязкостью. Во всех
предыдущих рассуждениях предполаrалось, что вязкость рас..
u
плава в поперечном сечении червяка остается постояннои.
Поскольку в большинстве случаев червячные шприц машины
снабжаются устройствами для обоrрева или охлаждения корпуса
Иtt1JИ червяка, исследование влияния темперзтурноrо rрадиента,
существующеrо в заполняющем канал расплаве, на рабочие ха..
u
рактеристики машины представляет несомненныи интерес.
"206
"
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
-"-
Штруб 6В дал решения этой задачи для случаев линейноrо и
экспоненциальноrо изменения вязкости по rлубине канала.
К сожалению, Штруб ошибочно воспользовался дифференциаль
ными уравнениями течения Навье Стокса, которые справеДI,1JИВЫ
u
только для постояннои вязкости, И ero результаты оказались
неправильными. Интеrрируя уравнение Навье Стокса, Штруб
" av z af.1
фактически пренебреr Членом д у · ду , который появляется, если
воспользоваться более общей формой уравнений движения [урав..
нение (2)]. Задача эта рассматривалась повторно 67 , И ниже при..
ведено, по видимому, совершенно правильное решение, которое
основано на том, что вязкость расплава в канале червяка изме
няется пропорционально расстоянию от дна канала. ЕСtrIИ пре..
небречь краевыми эффектами, Т. е. если предположить, что Te
чение материала в канале является одномерным, то уравн ние
(2) сводится к виду:
др
az
'.1 . . a2v z + avz . afJ.
д у 2 ду ду
( 43)
Б этом уравнении является переменной величиной, которая
изменяется по r лубине канала, т. е. вдоль оси у ЕСJIИ принять,
что вязкость изменяется пропорционально расстоянию от дна
канала, то, интеrрируя уравнение (43), ПОJlУЧИl\1 Дс-1JЯ распреде.JIе..
u
ния скоростеи СJlедующее выражение:
V Z U z lп 1 . у (1 У )
)п 1 h I
yh
{J-s
др
· az +
b
I
Т ( .s r
h 2 др
fJ. ь) 1 П "( . д z 1 n 1
h . (l
т)
(44)
rде (-Ls вязкость расплава на дне канала червяка;
(-Lb вязкость расплава У стенок корпуса;
r (-Lb/ s.
Интеrрируя уравнение (44) по площади поперечноrо сечения ка..
нала, получим следующее выражение. для объемной производ.И"
тельности червяка:
F JJ-du.N
др
F мр · дl
{J-m
(45)
q
r Де 1Тl . средняя вязкость находящеrося в KaHa tl 1Je расплава, т. е.
t1 {J-b + S
111 2
(46)
FlJ.d И FJJ-p поправочные коэффициенты, учитывающие ВtJlJияние
изменения вязкости на вынужденное течение и противоток. Оба
ВЫВОД УРАВНЕНIIй ТЕЧЕНИЯ для ЧЕрВЯЧНОй ШПРI.IЦ МАШИНЫ 207
."......
эти коэффициента зависят только от r и определяются следую--
щими выражениями:
, 1 \
2 "\ (47)
F Jld . )
1 1 11 "'(
"(
И
F tp 3 (1 + "'() 1 2 "'( 1 3 (l +_-0 [l F Jld] (48)
L R'
1 "'( 1 lп ....,
"" 1 ,
J J ,
Зависимость поправоч ых коэффициентов F I1 . d и FJlp от величины
{ представлена rрафически на рис. 4,21.
При tLb ' tLs коэффициенты F Jld и FJlp равны единице, аурав"
нение (45) превращается в выражение, описыв ющее течение с
U I
постояннои по сечению ка.. "
нала вязкостью. Если чер
вяк ОХv1'Jаждается, то вяз..
кость расплава на дне .ка..
нала больше, чем у CTeH
ки корпуса, и отношение
! b/ s меньше единицы.
При этом расход вынуж
пр
денноrо течения умень--
шается, так как умень--
шается коэффициент F Jld
(см. рис. 4,21). Наоборот,
если червяк обоrревается,
расход вынужденноrо те..
чения увеличивается до
тех пор, пока в пределе
он H превысит.в два pa
за первоначальное значе..
ние, которое имел при
b/!1s 1. В отсутствие про"
u
тивотока этот последнии
вариант. соответствует пол..
ному скольжению распла..
ва по поверхности чер"
вя ка .
Величина противотока увеличивается при любом изменении
отношения b/ s' независимо от Toro, становится ли это отношение
больше ИtJТIИ меньше единицы. Поэтому при постоянной скорости
вращения охлаждение червяка во всех случаях сопровождается
уменьшением объемной производительности, если только вели...
u
чина среднеи вязкости расплава т не увеличивается при этом
слишком СИЛЬНо.
, .
. J.O I ! l ....
.... ........
lim (ир:=8 .' v
2.8 Jlт (ир:= .
fttJj"ur OO 2.БIР r оо v "".
...
А .
(ир dпn "с i V I
и,О ( ,
omи/JoтOKa \
1,8 I ...r./
r\
l8 / lLIТJ tиd==2
, ' . fl&tи-r OO
4-
...
O
(,ud иля 0,8
IJын/жiJенносоo У
0,8
пот она""""'" -
. 0,"
.
-
п2 .
"'"
ItJ .
10 7 10 ---5 ,o 3 'o ! '. 101
ft6/fl$
103 105 107
,
Рис. 4 21. Поправочные коэффициенты
учитывающие изменение вязкости по rлу
бине l{анала червяка.
208
..
w_
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
,.
Производительность шприц машины при наrревании червяка
может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от соотно-
шения между расходом вынужденноrо течения и расходом проти"
вотока. Так как в. большинстве случаев расход вынужденноrо
течения HaMHoro превышает расход противотока, то увеличение
расхода вынужденноrо потока перекрывает увеличение расхода
противотока при изменениях величины отношения t1b1t1s до 100.
Поэтому можно ожидать, что HarpeB червяка при постоянной
скорости ero вращения будет часто способствовать увеличению
производительности машины. .
!/tJолеlluе
летУllu:r прооукто8'
· 1
.
ДО311РУЮЩ оп JOHa
З0на отсоса
1:: . .fw = J W
аона
6ыilо8Л1l60НUЯ
Рис. 4.22. Деrазационный червяк с частично
заполненным каналом.
Мори, Ототаки и Иrараши 52 , f»3 рассмотрели случай шприце..
u
вания матер иала с. переменнои по сечению канала вязкостью.
u u
вызваннои неньютоновскими своиствами шприцуемоrо материала.
Предполаrалось, что материал обладает свойствами бинrамо--
u
вои жидкости.
Червяк с частично заПОJIненными каналами. Возникший в
u
последнее время интерес к деrазационным червякам, винтовои
канал которых при работе не полностью заполнен расплавом,
'tJI
послужил причинои исследования производительности червяков
с частично заполненным каналом.
На рис. 4,22 изображены схема деrазационноrо червяка и нор-
мальное сечение ero канала. Для Toro чтобы уравнение (3) удовле--
творяло условиям течения в канале TaKoro червяка, необходимо
d"
приравнять К нулю величину rрадиента давлений, О; посколь
КУ канал червяка заполнен не полностью, давление в расплаве не
может увеличиться, и в канале не возникнет противотока. rpa--
ничные условия, при OTOpЫX следует искать решение для тече-
ВЫВОД УРАВНЕНИй ТЕЧЕНИЯ для ЧЕРВЯЧНОl'l ШПРIIЦ МАШИНЫ 209
.... ........LI... '1
ния В не полностью заполненном канале, также отличаются от
u
rраничных условии, которые использовались при интеrрировании
уравнения (23) для заполненноrо канала. Теперь rранида жид'"
}{ости с координатами х ' tw является свободной поверхностью,
н.а которой dt'zldx о. Сквайрс показал 66 , что величина объемной
производительности червяка с частично заполненным каналом
10жет быть очень просто рассчитана по уравнению, выведенному
для одномерноrо вынужденноrо течения и умноженному на коэф-
фициент формы F d' учитывающий краевые эффекты и степень
заполнения канала:
qd F drJ.N
(49)
rде rx зависит только от rеометрических размеров канала червяка
и определяется по уравнению (23)
. 1t 2 D 2 h 1
пе
.
е' SlП cos <р
2
К- ..II8Ib....
..
(23)
а
F d коэффициент формы, учитывающий уменьшение объемноrо
расхода поступательноrо течения, которое возникает вследствие
искривления потока, вызванноrо влиянием стенок канала в ре-
зультате неполноrо заполнения канала. Этот коэффициент зависит
только от rеометрических размеров канала и степени ero запол
пения t и определяется из выражения -
со
Fd
32f2
1t З (h/w)
1 th g7Ch/w
gЗ 41
(50)
g== 1,3,5,...
На рис. 4,23 представлена серия кривых, изображающих за
висимость коэффиц ента формы вынужденноrо течения для ча-
стично заполненных каналов при различных значениях степен и
заполнения канала f от отношения rлубины канала к ero ширине.
Физический смысл коэффициента формы F можно истолковать
как отношение производительности реальноrо червяка к произ
водительности этот же червяка, рассчитанной без учета 'влияния
на поток краевых эффектов стенок канала, для работы с полностью
заполненным каналом.
Таким образом, кривая F d 1 (пунктирная кривая) относит--
ся к такому идеализированному червяку с полностью заполнен.
ным каналом, в котором жидкость не прилипает, а скользит по
боковым стенкам канала, т. е. эффект стенок отсутствует.
Сопоставление этой кривой с кривыми, соответствующими
различным степеням заполнения, позволяет заметить одно весьма
14 Переработка термопластичиых материалов
210
r л. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
.
.ь... .....Lh..... IJ
...
интересное явление. Вначале объемная производительность по
мере увеличения коэффициента заполнения канала t возрастает,
но в тот момент, коrда канал оказывается полностью заполненным
и раСП(JТIав соприкасается с ero стенками, объемная производи
тельность резко падает до значения, которое определяется вели
чиной коэффициента F d , соответствующеrо червяку с полностью
заполненным каналом. Друrими словами, если значение F d для
u
червяка с частично заполненным каналом .лежит выше этои пунк"
тирной кривой, этот червяк, работая с незаполненными каналами
Fct.
O
.
Ц8
.... .... ...... ...... _ -..r .......... \............
, tO,
.. , "" а
. .
0.8, "" 0.9,
'..
"""'-
.....,
а'(
........
..... ОВ O .. " .....
:\
......
{ , ..
\ ..............
O/f '\ .....
...........
.......
....... о.з
{}?
\
0.6
0,4
'0.2
,
(22 4 0,8 8 O 2 Ч б 8 2,0
п
w
Рис. 4,23. Коэффициент фОр IЫ для червяка с частично
заполненным каналом:
a P d==I для червяка с заполненным канаЛО I при отсутствии эффек
та стенок; Ь для черВЯка с заполненным канаЛОМ J передняя стенка
канала смочена. Цифры на кривь]х степени заполнения канала f.
будет подавать больше материала, чем такой же червяк, но с
полностью заполненными жидкостью каналами. Этот несколько
u
неожиданныи результат возникает вследствие Toro, что при ча..
u
стично заполненном канале тормозящее воздеиствие стенок Ka
нала не проявляется.
Это явление может быть одной из причин нестабильной произ..
водительности дозирующей зоны червяка, которая работает
в условиях, близких к недостаточному питанию.
Периодическое проскальзывание и прилип ани е к стенкам
находящеrося в канале материала будет вызывать изменения
производительности червяка от значения, соответствующеrо ве..
личине F d И определяющеrося на рис. 4,23 верхней кривой (пол
ное проскальзывание), до значения, соответствующеrо величи"
не Fd' характеризующеrося пунктирной кривой (полное прилипа..
ние материала к стенкам канала).
ВЫВОД YPABHEHI..-11"1 ТЕЧЕНИЯ: ДJ1Я: ЧЕРВЯЧ1:iОII ШПРI:IЦ Ь1АШl-II lbl 211
Из рис. 4,21 можно также заметить, что объемная про изводи-
тельность червяка увеличивается быстрее, чем возраста т степень
'заполнения . Так, для KaHa"ТIa с h/w ....---.- 1 ,О, коэффициент формы, а
следовательно, и объемная производительность при 80 % "'ном
заполнении канала примерно в три раза 60c-lJьше, чем произ'води
теt;Т}ЬНОСТЬ при 40 % -ном заполнении канала.
Поправка, учитывающая кривизну канала. При выводе выше..
[,.J
приведенных уравнении процесса шприцевания предполаrалось,
что rеометрия червяка достаточно полно отображается исполь...
зовавшейся плоской моделью. Для червяков с малой относитель
ной rлубиной канала это, по видимому, вполне допустимое пред--
положение. Однако rеометрия червяков с rлубоким каналом су...
щественно отличается от той, которая изображается плоской
моделью. Возникает необходимость оценить величину ошибок,
(.?
к которым приводит использование плоскои модели в этих ус...
,JIОВИЯХ. Например, в уравнения (19) и (21), выведенные для
u
плоской модели, входит диаметр червяка и уrол подъема винто
Boro канала. Совершенно очевидно, что, используя плоскую MO
дель, невозможно лоrически обосновать выбор Toro или иноrо
диаметра или значения уrла подъема винтовоrо канала, которые
должны быть подставлены в эти уравнения. Следует отметить,
что уrол подъема винтовоrо канала не постоянен по всей rлубине
канала и меняется одновременно с изменением диаметра, COOTBeT
ствующеrо rлубине канала, на которой он измеряется. Зависи
.
мость уrла подъема от диаметра определяется выражением
<р . arctg t./тcD,.
В опубликованных работах разные авторы при расчете уrла
u
подъема использовали различные диаметры: наружныи диа
u ..,
lVleTp червяка, среднии диаметр и, реже, внутреннии диаметр
червяка.
В данной работе уrол подъема винтовоrо канала рассчиты"
вается по наружному диаметру rребней, т. е. по наружному диа..
метру червяка. Выбор наружноrо диаметра в качестве расчетноrо
сделан не случайно, так как разработанный Сквайрсом метод
учета влияния кривизны канала 66 . позволяет, как это будет по..
I<азано, получить коэффициент кривизны, близкий к еДинице,
если расчет производится по наружному диаметру червяка. Этот
расчет также является приближенным, так как он не учитывает
изменения уrла подъема по rлубине канала червяка. YrOJI подъема,
u
соответствующий наружному диаметру, применяется в основном
Д Тlя удобства расчета.
Если предположить, что уrол подъема канала мал, то вынуж-
денное течение расплава в канале будет напоминать течение жид..
u
кости, наХОДящейСЯ в зазоре между двумя вращающимися относи
тельно друr друrа коаксиальными цилиндрами. Схематиче...
14*
212
r Л. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
'1III..L
.......-
-
ски такая картина течения изображена на рис. 4,24. Предпола..
u
rается, что при этом вращающеися деталью является корп)'с.
Картина течения будет совершенно аналоrичной, если предпо-
ложить, что корпус неподвижен, а вращается червяк. В этом
случае надо, однако, иметь в виду, что в вынужденное течение
вовлекается та часть жидкости, которая тормозится корпусом,
а не та, которая вращается вместе с червя-ком.
Распределение скоростей в модельной системе, которая изо--
бражена на рис. 4,24, изучено достаточно хорошо. Описание рас-
пределения скоростей можно найти в большинстве курсов по
_ Истинныii
ПjJОфиль
С/(О росте(]
lJ
.....
.,..,
КОРПУС
Сероечнt.lк '1ер8я/(а
RZ
/1рофиль СКОl!остеи,
со от 8 е т с mtf/L ю I.L/ 1I t.l
плоскои 110dеЛll
....
lJ
(РОСЛfJеtJеление скорости отНОСителы,о
нелоudижноао черВяка)
. . . .
Рис. 4,24. Моде..1Ь шприц"машины в виде концентрично
расположенных цилиндров.
u
rидродинамике вязкои жидкости, так как эта модель по существу
представляет собой обычный ротационный вискозиметр с кон..
центрично расположенными цилиндрами.
Для ньютоновской жидкости величина скорости жидкости
относительно стенКи канала определяется выражением
\ 2
1 Rl
2тr.N r r (51 )
v Rl \ 2 cos ер
z
1
, R 2 )
Если предположить, .что распределение скоростей в канале
червяка описывается этим выражением и пренебречь влиянием
стенок, то) интеrрируя уравнение (51) по площади поперечноrо
сечения канала, можно получить выражение для объемноrо рас..
u
хода вынужденноrо течения в такой модели искривленноrо ка..
вала. Выражение для объемноrо расхода в такой модели будет
.
ВЫВОД УРАВНЕНI-Jй ТЕЧЕНИЯ ДЛЯ: ЧЕРВЯЧНОI 1 ШПРИЦ МАШИНЫ 21
1.1' JII8II.......... 1
аналоrично по форме выражению для расчета расхода вынужден-
u
Horo течения в плоскои модели, если ввести в это выражение
коэффициент FCd' учитывающий влияние кривизны канала.-
Тоrда величина расхода вынужденноrо течения в искривлен
ном канале определится следующим образом:
-
qd FcduN
(52)
Константа вынужденноrо потока по-прежнему определяется вы--
ражением
1t 2 D 2 h 1
.
t sln 9 cos с.р
2
пе
(23)
(1
Единственное различие состоит в том, что за расчетный диа-
метр вместо какоrо..либо среднеrо диаметра принимается вн)'трен'"
u U
нии диаметр корпуса или, если величинои зазора между чеРВЯКО 1
Ji корпусом можно пренебречь, наружный диаметр червяка. ПОСlJrJе
ряда преобразований получаем следующее выражение для. коэф-
. ФИЦlfента кривизны канала:
)п 1
1 1 2 (h/D)
FCd
1 ..... ....
h h 1 2
2 D D 1 2(h/ D). 1
\
. (53)
u
rде наружныи диаметр.
Определенный таким образом коэффициент кривизны зависит
только от величины отношения rлубины канала к диаметру чер-
вяка. rрафически эта зависимость изображена' в виде сплошной
кривой на рис. 4,25.
i\бсолютно точно величину коэффициента кр ивизны можно
ВЫЧИС.JIИТЬ только для канала с нулевым уrлом подъема. .
Вполне вероятно, ,однако, что для червяков, уrол подъема
винтовоrо канала которых меньше или равен 200, ошибка, полу...
ченная при определении коэффициента кривизны, невелика,
так как течение в них носит в основном круrовой характер. По
скольку величина коэффициента кривизны близка к единице,
на практике ero вполне можно принимать равным единице (по...
крайней мере до тех пор, пока не будет разработан более точ--
ный метод учета истинноrо значения уrла подъема канала).
l<ocBeHHoe указание на допустимость приравнивания коэф-
фициента кривизны е.динице для червяков с уrлом подъема мень..
'214
rл. IV. ШllРИЦЕВАfiИЕ
R
w
шим 200 дают экспериментальные данные СI{вайрса 66 , на основа...
нии }{оторых рассчитывалась величина коэффициента формы,
rрафически представленная на рис. 4,14. Эти данные позволяют
также обосновать выбор наружноrо диаметра червяка или внутрен"
Hero диаметра корпуса в качестве расчетной величины (вместо
среднеrо диаметра), которая' входит в уравнения течения, выве..
u
денные на основе плоскои модели.
То обстоятеtlТ"lЬСТБО, что коэффициент кривизны больше единицы
приводит к тому, что если бы удалось рассчитать точное значе
иие диаметра, которое нужно подставить в уравнение течения
u
плоскои модели, то ero величи..
на была бы БОЛЫllе, чем наруж...
ный диаметр червяка. ABTOpbI
,
же Оольшинства прежних pa
бот, руководствуясь интуицией,
подставляли в эти уравнения
u
диаметр, меньшии наружноrо
диаметра червяка. Обычно, за
отсутствием лучшеrо, это был
среднеарифметический диаметр.
На рис. 4,25 приведены
пунктирные кривые, ПОЗВО__Тlяю
щие оценить величину возни..
кающей при этом ошибки. Эти
кр ивые представляют собой
значения коэффициента кри-
визны, которые он принимает,
если вычислить расход вынуж...
денноrо течения по уравнению
(22), подставляя в это уравне-
ние в качестве определяющеrо
диаметра соответственно на...
ружный, среднеарифметический
u
или внутреннии диаметр чер"
вяка. Фактическая ве"ттичина
ошибки определяется в каждом
U Q
случае разностью между значением соответствующеи пунктирнои
кривой И сплошной линией, которая описывает более точное
значение коэффициента кривизны, Так, для отношения h/D 0,1
действительное значение производительности примерно на 17 <10
больше, чем величина производительности, которая будет полу"
чена при подстановке в уравнение (22) среднеарифметичеСI(оrо
диаметра.
Подобный метод оценки влияния кривизны канала на вели..
чину расхода противотока B ' настоящее время еще не разработан.
1,4
'"t:3
4.: 12
,
'\
'"
........
O
8
/
",",
,
,
2
/
"-
"-
0,6
0,4
ц2
о
,
,
,
,
,
,
'-о.
"-,,-
з
'-о.
"
t
,
,
,
,
,
0,/
0,2 ({3
/)
ZJ
{{5"
Рис. 4,25. Коэффициент, учитыва
u
ющии влияние кривизны каиаJlа
на вели:чину вынуждеиноrо по
тока:
l КОЭффflциеит крнвизны каиала, вычис-
ленный по наружному днаМеТРу червяка;
2 КОЭффИЦиент кривнзиы канала по cpeд
нему диаметру; 3 I(оэфрициент кривизны
канала по сердечннку.
БыIодд УРЛБI;ЕНI/Iй ТЕЧЕНИЯ дл» ЧЕРВЯЧНОl"1 ШIIР]IЦ !\'\АШIIНЫ
... 'f
.
r
215
Утечки
В дополнеНИе к течению в канале червяка в шприц"маШI-Iне
существует обычно очень незначительное течение жидкости через
u
кольцевои зазор между внутренним диаметром корпуса и внеш
ним диаметром червяка. Это течение называется утечкой.
iV\op и Маллок 5О в недавно опубликованной статье выводят
уравнение шприцевания несколько неоБЫЧНЫ!\1 способом. Вместо
Toro чтобы рассматривать, как это дела 'fОСЬ во всех предыду
щих работах, течение через
ПJIОСКОСТЬ, нормальную к вин..
товой оси канала, они pac
сматривают течение жидкости
через плоскость, нормальную
к оси червяка (плоскость АА f
на рис. 4,26)6 Такой подход
позволяет значительно точнее
выявить роль утеЧl{И.
Поток, нормальный плоско
сти АА', разделяется на две
части: одна часть это поток,
который течет по каналу А О,
tJ
дру rая часть поток, которыи
пересекает стенку винтовоrо
канала. Величина расхода по.. PJJc. 4,26. fеОl\IетричеСl{ие рЗЗ1fеры
тока, протекающеrо черезАG, Н.знала.
определяется интеrрированием
поля скоростей, которое образовано параллельными к оси чер
u
вяка компонентами векторов скоростеи продольноrо и попереч
о
Horo течении:
JI
!I l
x
w Z
SLп Ф
Pa3dejJh'!jтbIи
конал
lIер8яка
ОСЬ
-
черНяка
.
е С
tg
qAG (V z sin <р и х cos ) dA
(54)
rде
dA $: dy (55)
Если не учитывать влияния стенок канала,. то веlJ1'Jичина ско"
рости продольноrо течения V z может быть вычислена ИЗ приве
Денноrо выше уравнения (30):
V z И z [( 1 . За) (yjh) + За (y/h)2) (30)
ВеlJYJИЧИНУ скорости поперечноrо течения ,tx находят по урав..
нению (35):
rде а
и х . их [( 1 Зс) (y/h) .+ 3с (y/h)2]
11 С соответственно опреде,,1'JЯЮТСЯ уравнениями
(35)
(33) и (38).
.216
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
.......
'Ч.
I<оэффициент с определяет отношение расхода вынужденноrо
потока к расходу противотока в поперечном KpyroBoM течении.
Если между наружным диаметром червяка и внутренней поверх-
ностью корпуса существует зазор, то часть жидкости, вовлечен-
ной в поперечное KpyroBoe течение в направлении +.х попереч-
ным вынужденным потоком, не будет увлекаться противотоком
в обратном направлении. Эта часть жидкости будет продолжать
течение в направлении +х (поверх rребня стенки канала). По-
-этому, если между наружным даиметром червяка и внутренней
поверхностью корпуса существует зазор, величина с всеrда мень...
ше единицы.
Мор и Маллок показали, что с может быть определено из
следующеrо выражения:
( 1
с .......::
[J3 (tJ-/tJ- L) 1tDa]
J ) - . nе tg .
...
[J3 (fL/fJ- L) W]
1 + е СО5
(56) .
rде J равно
J . 0/ h
. (57)
Мор. и Маллок в отличие от друrих авторов определяют вели...
чину 11 не как r лубину KaHaJla, а как разность между радиусом
tJ
Внутреннеи поверхности корпуса и радиусом сердечника червяка.
Так как обычно величина J HaMHoro меньше единицы, то уравне-
ние (56) можно с удовлетворительной степенью. точности апрокси-
мировать выражением:
с 1 J
(58)
Подставляя уравнения (55), (30) и (35) в уравнение (54) и интеr...
рируя ero, получим:
qAG пU 2 wh (1
а)
I
nUxwh (1
2tg 9
с)
(59)
Первый член ЭТоrо уравнения полностью идентичен вышепри
веденному уравнению (31) и представляет собо результирующий
u
расход, которыи возникает в результате наложения вынужден"
Horo течения и противотока. Второй член уравнения (59) учиты..
вает влияние утечки на величину cYMMapHoro расхода. ЕС,,1JИ
зазор о О и, следовательно, расход утечек равен нулю, то c 1,
и этот член равен нулю.
..
ВЫВОД УРАВНЕНllй ТЕЧЕНИЯ для ЧЕРВЯЧНОй ШПРllц l\t1АШI1НЫ
.......d.. .м..
217
...----
Подставим в уравнение (59) следующие выражения:
U х 1tDN sin ер (36)
и z 1tDN cosep (13)
и
тcD 1
пе
t
.
sln
w
v
""
(16}
п
Преобразуя, получим следующее уравнение:
тc 2 D2Nh 1
пе
t
2
..
SIП cos ер
(с
а)
(60)
qAG
или
тc 2 D2Nh 1
nе
t
2
sin у cos
(1
а J)
(61)
qAG
Теперь рассмотрим течение через плоскость ОА 1. Можно пред
ставить утечку через эту плоскость в направлении оси червяка
как течение через плоскую щель толщиной (3 и шириной, равной
пе
, возникающее в результате существования rрадиента давле
gcp
ния. В этих условиях величина расхода определится выражением:
QGA'
(ne/tg ер )03
12 L
др
.,r
al
(62)
вр
l\'\Ор и Маллок и независимо от них авторы настоящей rлавы по
.
казали, что
др \
al
6fl.тcDN cos .
h 2 а
тcD cos ер + . + Ьс sin ер
SJ n rp .
nе е
(63)
ЕР
Подставляя это значение
ние (62), получим:
u
oceBoro rрадиента давлении в ypaBHe
no 3 тcDN cos 2 9
2h 2
.
fl.L
Ьс +а
7tD
n tg + е
(64)
QOA'
Следует отметить, что уравнение (64) указывает на наличие уте-
u U
чек, даже если осевом rрадиент давлении в канале отсутствует,
u
так как rрадиент давлении в поперечном направлении существует'.
и в этом случае.
'218 r л. lV. ШПРИЦЕВАНИЕ
""'"
Результирующий расход для червяка определяется !-(ак Cy MMa
уравнений (61) и (64):
т:. 2 D2N11
q
11. е
1
t
2
.
SlП ер COS у
(1
a
J)
n o 3 тr.DN cos 2 9
2112
. fJ. . Ьс + а
!1 L
пО '
n tg 1'. + е
(65)
Как праВИ,!lО, второй член правой части уравнения (65) на..
MHoro меньше первоrо, и им без большой поrрешности можно пре
небречь. В этом случае производительн,ОСТЬ червяка опреде
лится только первым членом уравнения (65) или, что то же самое,
уравнением (61). Следовательно, радиальный зазор rлавныl\tl об
разом вызывает уменьшение расхода oceBoro потока, Tal{ как
входящая в пеРВЫI1 член правой части уравнения (65) величина
J>O.
I--Iсследование уравнения (61) показывает, что, если a O, т. е.
еС,)lИ ПРОТИВОТОI( полностью 'отсутствует, то величина CYMMap
Horo расхода определяется из уравнений (19) (21), причем J/"чи"
u
тывается только член, которыи характеризует расход вынуж
денноrо течения. При этом входящая в эти уравнения вес,ТIичина /l
заменяется разностью h о, т. е. истинной rлубиной канала.
Следует также отметить, что если в IIiприц маШ'ине существ).rет
u
расход утечек ]{онечнои величины, то даже пр.И полностью. пере...
крытом выходе из rоловки коэффициент а не равен единице. В
этом случае расход противотока равняется разности между pac
ходом вынужденноrо течения и расходом утечки. Поэтому а
отношение расхода течения противотока к расходу вынужденноrо
течения несколько меньше единицы.
Окончательная форма уравнений течения в червяке
шприц.. машины
В предыдущих параrрафах были приведены различные фОрМЬi
решения системы дифференциальных уравнений течения жид..
!(ости в канале червяка шприц машины. Эти решения отличаются
друr от друrа rраничными условиями, характером распределе
u u
ния вязкости В поперечном сечении канала, rеометриеи исходнои
модели. Специфика каждоrо случая учитывалась введением в
u
основное одномерное уравнение, полученное на основе плоской
модели, поправочных коэффициентов, на которые соответственно
)'множались члены, определяющие величину расхода вынужден
J
Horo потока и величину расхода противотока.
ВЫВ()Д >"РАВI-IЕНIIРf ТЕЧЕI11fЯ ДJIЯ ЧЕРВЯЧJI0С1 ШПРI'IЦ 1\lАШуIНЫ 219
....,...... . r
Очевидно, что просто перемножая различные поправочные
коэффициенты, которые вводятся в упрощенное уравнение ОДно"
мерной модели, нельзя точно учесть влияние всех факторов так
как результирующее уравнение не может одновременно удовлет"
ворять всем условиям, наложенным на исходное уравнение при
выводе I{аждоrо из этих поправочных коэффициентов. Несмотря
u u
на этот известный недостаток математической строrости, все
же полезно попытаться представить результаты всех предыдущих
рассуждений в обобщенной форме:
q . q d + q р , р daN
р'
р
в
др
дl
(66)-
f.L
Поправочные коэффициенты р, учитывающие влияние раз-
личных факторов, линейно сrруппированы в коэффициенты Fd
и p следующим образом:
Fd F FdF dFcd
p F pFJlp
(67)
(68)
,
u и это rеометрические константы соответственно
вынужденноrо течения и противотока. Различ..
ные формы их выражения даны уравнениями.
(23), (24) или (19) (21);
N CKOpOCTb вращения червяка;
tL среднее значение вязкости в сечении канала;
apja[ rрадиент давлений вдоль оси червяка;
F d И F р коэффициенты формы, учитывающие влия ние сте..
нок и степени заполнения канала на величину
расхода вынужденноrо течения и противотока.
Эти коэффициенты определяются rрафически:
для полностью заполненноrо канала по диаI раМl\:1е,
приведенной на рис. 4,12; для частично запол..
u
HeHHoro канала . по диаrрамме, приведеННОJI на
рис. 4,23;'
F Md И P p коэффициенты, учитывающие влияние перемеl-I
ной по rлубине канала вязкости на вынужден
ное течение и противоток. Они определяются
rрафически по диаrрамме, изображенной на
рис. 4,21.
FCd и Рср коэффициенты, учитывающие влияние кривизны
каIlала на условия течения. Величина FCd rрафи..
u
чески определяется по диаrрамме, приведеннои
на рис. 4,25.
rде
220
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
........ """""1 v---
""'"
В настоящее вр мя еще не существует методов определения
Рср.
Можно н адеяться, что в ближайшее время будет най,ден Me
тод расчета поправочноrо коэффициента, учитывающеrо влияние
кривизны на величину противотока Р ср , аналоrичный методу рас..
чета коэффициента FCd для вынужденноrо потока, который lVIОЖНО
б)'дет ввести в уравнение (68) .
До тех пор, пока не будет получено более точноrо решения
влияние различных факторов следует учитывать, перемножая
поправочные коэффициенты так Же, как это было сделано в урав-
нениях (67) и (68) Для большинства практических случаев допу
каемая при этом ошибка будет невелика.
. -
МОЩНОСТЬ, расходуемая в червячных шприц-машинах
. I . .
Одной из наиболее ранних работ, посвященных методу оценки
величины мощности, необходимой для привода винтовоrо насоса,
была работа Роуэлла и Финальсона 81 , опубликованная в 1928 r.
Несколько позже появилась работа PorOBCKoro 60 , в которой он
.рассматривал эту проблему.:.с позиций теории по}\обия В 1953 r.
.Маллок и Мак--Келви 47 опубликовали более точный и подробный
-метод расчета величины мощности, необходимой для привода
червяка. В дальнейшем. Мор и Маллок БО , а также независимо от
них royp и Мак--Келви 34 разработали метод учета мощности, pac
u
ходуемои на циркуляционное течение, которая не рассматри"
валась в ранее опубликованных работах.
К определению величины мощности, расходуемой в канале
.,
червяка, можно подоити двумя различными путями.
1) Зная вязкость расплав.а и определив величину rрадиента
скорости на вн-утренней. поверхности корпуса [дифференцируя
для этоrо уравнения (4), (8) и (39), которые описывают распре-
деление скоростей в канале], можно определить величину напря-
u - u
жении сдвиrа на стенке корпуса, деиствующих в направлении
вращения:
'С ь 'r (dvjdY)b
Величина мощности, необходимой ДJIЯ при вода червяка, опре-
деляется как произведение напряжения сдвиrа на суммарную
u
П 1Jощадь внутреннеи поверхности корпуса и на окружную ско..
рость червяка.
2) Величина мощности, необходимая для привода червяка,
может быть опреде"ТIена как сумма мощности, расходуемой в
виде 1'епла, которое, возникает вследствие вязкоrо трения, YL
. u u
мощности, затрачиваемои на увеличение потенциальном энерrии
потока, которое с,водится .к увеличению давления раСПи'lава.
вывод УРАВНЕНИй ТЕЧЕНИ5I ДЛ5I ЧЕРВ5IЧНОу1 ШПРИЦ J\1АШуfНЫ 221
в обоих случаях необходимо также принимать во внимание
мощность, расходуемую в кольцевом зазоре между наружным
u u
диаметром червяка и внутреннеи стенкои корпуса.
Первый способ определения мощности основан на составлении
u
уравнения равновесия сил. деиствующих на червяк и корпус
Т\1ашины. Этоrr способ достаточно полно И31.ТIожен в уже цитиро--
ванных работах.
Второй подход к расчету мощнос.ти, основанный на учете
тепла, выделяющеrося в результате вязкоrо трения, является
более строrим и будет изложен ниже. Этим методом определе--
пия мощности червячной шприц--машины воспользоваJIИСЬ Мор
и Маллок 5О . Независимо от них Буй 15 приводит уравнения для
расчета мощности, выведенные тем же методом.
. Суммарная мощность, расходуемая 'В элементарном объеме
текущеrо по каналу раСПЛ,ава, определяется следующим выраже--
ннем: ·
dZ dZ s + dZ p + dZ L . фsdV s + dl p + yLdV L (69)
sdVs мощность, расходуемая в элеl\1ентарном объеме
расплава в результате работы сил вязкоrо треняя
и превращаЮll аяся в теп.nо;
dZ p мощность, необходимая ДЛЯ увеличения давления
расплава;
yLdV L мощность, расходуемая в I{ольцевом заЗО{.lе между
u
черВЯКО 1 и стенкои корпуса и представляющаSI
собой работу си ТI вязкоrо трения;
функция'диссипации для работы сил BHYTpeHHero
трения;
dV s и dV L '" элементарные объемы жидкости, выделенные соот"
ветственно в канале червяка и I{ольцевом зазоре.
Ниже каждый из членов, входящих в это уравнение, рассмат--
p ивается в отдельности.
МОЩНОСТЬ, расходуемая в виде работы сил BHYTpeHHero тре-
:ния. Количество тепла, выделяющеrося в единице объема в ре--
з)тльтате работы сил BHYTpeHHero трения, определяе'rся функцией
.диссипации , которая может быть получена из дифференциальной
формы уравнения сохранения энерrии 54 , Если принять, что Haxo
.дящаяся в канале жидкость несжимаема и пренебречь концевыми
..эффектами, то функция диссипации s выразится следующим
{равнением:
'rде
.
s }1
avx 2 +
ду
av z 2
ду
(70)
222
.
rJI. IV. ШПРИЦЕВАНI-1Е
.
При выводе этоrо уравнения предполаrалось также, что reo--
метрические размеры винтовоrо канала на рассматриваемом участ--
I{e червяка сохраняются неизменными. Только в этом случае
dv 2
z
МОЖно пренебречь членом dz ' учитывающим ускорение жидкости,
который в противном случае войдет в уравнение (70). Отметим,
что если даже в уравнение входят члены, учитывающие ускорение,
величина их обычно пренебрежимо мала.
Элементарный объем d1's можно определить как
dV s " nwdydz
(71 )
Тоrда мощность, расходуемая в канале червяка в результате
BHYTpeHHero трения) выразится следуюIЦИМ образом:
tL
av x 2
ду +
2
ду
nwdydz
(72)
dl '
s
,
Дифференцируя уравнения (39) и (30), получим:
ди х 2и х " у'
3 1
...
ду h h
и
av z [)z r l 3а 1 + 2
.
ду h l
Подrтавив эти выражения в уравнение (72), получим:
dZ s
2и х 2 3 у
11 h
2
U z 2
+ h 1
3а
1 + 2:
2
1
nw/dydz (73)
,
Выразим ВХОДЯЩIlе в уравнение величины через rеометрические'
размеры и скорость вра.щения червяка:
ИХ 1tDNsjпср
(36)
(13)
U z nDN coscp
1tD 1
w .
\
l1,е
t
.
SrП
п
(16 J
dz
. ..............
dl
(18).
.
SIП
ВЫВОД YPAB}-IЕНI!l'1 ТЕЧЕНI/I)I ДЛЯ ЧЕРВ)IЧНОI1 ШПРI'Iц l\t\АШIIНЫ 223
...-
Подставляя их в уравнение (73) и интеrрируя ero по у в пре-
делах от у О до y.==h, получим следующее выражение:
7t 3 D3N 2 u. 1
I
пе
t
[( 1 3а 2 ) cos 2 ер + 4sin 2 ] dl
(74)
dZ F
S h
.Это уравнение определяет количество тепла, выделяющеrося в
канале червяка в результате виутреннеrо трения. Член 4si n 2 ep
)'читывает существование поперечноrо циркуляционноrо тече..
НJIЯ Если при расчете поперечное течение не учитывается, то
этот член в уравнении выпадает. Однако получающаяся при
этом ошибка весьма существенна.
Мощность, расходуемая на увеличение давления расплава и
на вязкое трение в зазоре. Мощность, необходимая для создания
,давления в расплаве, определяется следующим уравнением:
dZ р qdp
(75)
IViОIЦI-IОСТЬ, расходуемая на вязкое трение в зазоре между
rребнями стенки канала и внутренней поверхностью корпуса,
l\10жет быть определена из выражения аналоrичноrо по форrvfе
u
выражению для мощности, расходуемои в канале:
dZ L 9 L dV L
(76)
При этом функция диссипации L' если учитывается толькО де..
формация сдвиrа, во,зникающая в зазоре ВСJlедствие с)'ществова...
НliЯ окружной скорости, будет иметь вид:
L llL
av c 2
ду
(77)
'Эле1\1ентарный объем можно определит1.) слеДУIОЩИМ образом:
dU L noedz cos
(78)
"
rде (j величина радиальноrо зазора;
с - ширина стенки канала, замеряемая ВДОЛ.ь оси червяка.
Поле СI{оростей вынужденноrо вязкоrо потока, возникаI{)щеI О
в кольцевом зазоре, определяется выражение!\1:
v с ,Т И с (у /0 )
(79)
Из уравнения (79) следует, что
av c
ду
и с
............ ..
а
(80)
224
rл.. IV. ШПРИЦЕвАНl-IЕ
r
Подставляя уравнения (77), (78) и (80) в (76), получим:
dZ L
пU (L L .е cos
dz
()
(81 )
Поскольку
и с 7tDN
(82)
( 18)
и
dz dljsiп ер
,
.
уравнение (81) может быть записано в форме:
пrc 2 D2N2 rL е
'L dl
о tg
(83)
dZ L
Необходимо иметь в виду, что вязкость расплава в зазоре }1L
отличается от вязкости расплава в канале . Вязкость расплава
в зазоре может быть HaMHoro меньше вязкости в канале в резуль--
тате MecT oro переrрева, возникающеrо вследствие прохождеНI1Я
u
через материал тепла от наrревателеи или в результате интенсив..
Horo BHYTpeHHero трения [уравнение (83)].
Суммарная мощность, расходуемая в червяqных шприц"маwи..
иах. Из уравнения (69) следует, что складывая уравнения (74),
(75) и (83)., получим полную величину расходуемой червяком
мощности:
dZ
rc 3 D3N2fJ- 1
пе
t
[(1 + 3а 2 ) cos 2 q> + 4 sin 2 ep] dl + qdp +
h
r
, j
hrc2D21V2fJ-L е
+ 8 j g dl
(84)
у уравнении (84) первое и последнее слаrаемое правой части
представляют собой мощность, которая превращается в тепло,
выделяющееся при течении перекачиваемой жидкости.. Можно
преобразовать уравнение (84), воспользовавшись для этоrо зна...
чением dp, определенным по уравнению (34):
d 61tDNf1-u dl
Р h 2 tg
(85)
Выразив q через
q qd(1 а)
(86)
(величина qd определяется как первый член правой части ypaB
нения (21), в котором F d принято равным единице), получим
ВЫВОД урАВНЕНИй ТЕt.IЕНИЯ для ЧЕРВЯЧI-:IОй ШПРИЦ МАШИНЫ 225
,
следующее выражение для мощности:
dZ
1t 3 D3 N2 fJ- 1
пе
t
[(1 + 3а) CQS2 ер + 4-sin q>].dl +
.......... "w"""w""
h
I n1t 2 D2N2[.L L e
+'\ dl (87)
в tg .
Энерrия, расходуемая в канале на деформацию сдвиrа, и энер"
rия, расходуемая на повышение давления жидкости, учитываются
первым членом правой части уравнения (87).
Интересно, что уравнение (87) отличается от уравнения (84)
u
только величинои показателя степе и у а и отсутствием члена
qdp.
Уравнение (84) можно таКЖе представить в форме:
dZ
t
n7t 2 D2N2(L е
(1 + 3 sin 2 <р) dl + Qddp + Q tg I'pL dl
(88)
7t 3 D3 N2fJ- 1
.. J
h
пе
.
Мор и Маллок 5О применили изложенную выше теорию к слу..
чаю, при котором величина с в уравнении (35) не равна единице,
т. е. коrда нельзя пренебречь утечкой через кольцевой зазор.
Полученное ими выражение учитывает как существование теtlения
u
утечек, вызванноrо rрадиентом давлении, так и Вd1ияние течения
утечек на циркуляционное течение:
dZ
пе
тc 3 D3N2(L 1 t
h
.
[ (1 + 3а) cos 2 qэ + (4
3J) Sit1 2 ер] dl +
+ n7t 2 D2N2(LL е 1 + 3J2( /'rL) а cos 2 7tDa sin cos
.... -
о tg пе
пе sin 2 'р tg ер
7tDc 1 t
dl (89)
J "
пе
.....
rде с определяется так же, как и прежде, а
J o/h
(57)
Обычно зазор невелик и J можно ПРИНЯТЬ равным нулю. В этом
случае уравнение (89) превращается в уравнение (87), которое
не учитывает течение утечек.
При выводе выражения для мощности, расходуемой в Шприц
машине j предполаrалось, что влияние стенок канала преIfЕ-брежимо
мало, т. е. что rлубина KaHa ТIa червяка по сравнению с ero ШирИ
15 Переработка термопластичиых материалов
226
r л. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
..
ной мала. [оур и Мак..Келви 34 , видоизменив ур'а.внеI1ие (88),
преДЛОЖИ,JIИ следующее выражение, У1Iитывающее влияние сте-
u
нок канала на величину расходуемои в канале мощности:
. '.
1
пе
.
t
I (Fz cos 2 ер + 4 sin 2 ер) dl qdd/J +
. ,
;tЗ D3 N 21.1
.
dZ
h
'jt2 n D2N2'(J- е
+ L dl
о si n
. (90)
I(оэффициент Fz., зависящий ТОЛЬ.ко от величины отношения
h./w, rрафически> изображен на рис.' 4,27. Для мелких каналов
Fz
В
5
. .' .
I
!
I
О !
0,1,- 0,8 2 8 2Р
h
w
. r
J
2
Рис. 4,27. Поправочный к'оэф"
фициент, учитывающий вли.н-
ние KpaeBoro фекта на вели .
чину мощности.
величина Fz приближается К единице. При этом уравнение (90)
превращается. в уравнение (88), которое не учитывает сущеС1'ВО--
'вания эффекта стенок.
.
Рас;чет. производительности пластицирующих
ШПР'иц",машин
Все рассмотренные до сих пор уравнения для расчета ПрОИЗВО
'дительности и мощности шприц--маШИI-I были пре}\ставлены в диф..
ференциальной фОр fе по отношению к длине червяка. .....т:{руrими
словами, каЖдое уравнение описывает характеристику процесса
только в определенном сечении канала, расположенном rде то
:'ВДОЛЬ .оси червяка. Для Toro чтобы получить приемлемые расчет-
ные уравнения, Описывающие резул.ьтирующие характерист'ики
шприц машины, надо. проинтеrрировать эти уравнения по .эф..
фективной длине червяка. При этом неоБХОДI:IМО учитывать изме-
.нения вязкости расплава и rеометрии канала по длине червяка.
.Дл'я идеализир ванных режимов работы и определенных ТИ.пов
.Чf;рВЯ,КОВ такие интеrральные уравнения в настоящее время полу...
.
РАСЧЕТ ПРОИ3ВОДИТЕЛЬНОСТИ ШПРИЦ МАШИНJ
227
"
чены.. Одним из таких идеализированных режимов. является
изотермический режим, при котором вязкость. расплава по длине
канала постоянна. Получены также аналитические решения
u
ураВJlении, определяющих производительность шприц-машины
для адиабатическоrо режима. В большинстве случаев работа
шприц"машины может быть вполне удовлетворительно описана
уравнениями, выведенными для одноrо из этих двух ИДеализи
po aHHЫX режимов.
Описывающие рабочий процесс уравнения,. которые буду
приведены ниже, приложимы только к тем зонам червяка, в кото-
рых материал находится уже в виде однородноrо расплава. Спе-
цифические проблемы, возникающие при транспортиров е твер..
дых или полурасплавленных материалов, рассмотрены на стр. 253.
Общий случай
Характеристики шприц-машинЫ. Если пренебречь утечкой,
то зависимость между производительностью ШПРИЦ" J(tшины и
давлением в rоло ке для общеrо 'СlJfJучая, в KOTOpOl\t1 вязкость pac
плава, плотность расплава и размеры канала изменяются вдоль
оси червяка, ОПИСbIвается интеrральной формой уравнения (66):
L
.
p
рР drJ.N qw
р (F; /1L) dl
(91 )
u
\
rде p перепад давлений, существующий на участке червяка
длиной L;
qw величина MaCCOBoro расхода.
Уравнение (91) выражено в единицах массы. Для этоrо обе
части исходноrо уравнения (61) умножены на плотность рас..
плава р.
Коэффициенты F d , p , а и зависят только от rеометрических
размеров канала, так как предполаrается, что' распределение
вязкости в поперечном сечении канала не меняе ся по всей длине
червяка. Поскольку в общем случае rеометрические размеры ка..
нала изменяются в зависимости от расстояния вдоль оси червяка [,
все эти коэффициенты становятся функциями [. Однако, будучи
однажды определены, эти функциональные 'зависи,мости остаются
для любоrо выбранноrо червяка неизменными и не зависят от
реЖJfма работы.
Зависимость вязкости расплава от расстояния вдоль оси чер
'Бяка может быть очеflЬ сложной.. Величина вязкости зависит от
u .
среднеи температуры расплава в поперечном сечении, устанав..
15*
.
228
['J1, IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
L .. LlJ
u u
ливающеися в результате cOBMecTHoro воздеиствия теПJlа ВНУ'["
peHHero треI1ИЯ и охлаждения или обоrрева корпуса и че'рвяка,
и от реолоrической характеристики перерабатываемоrо материала
(вязкость в зависимости от rрадиента скорости). Т ак как методы
аналитическоrо расчета сложноrо энерrетическоrо баланса, He
обходимоrо для определения локальных температур расплава,
в настоящее время отсутствуют, приходится оrраничиться при
ближенной оценкой продольноrо ИЗ!\1енения вязкости. Если целью
ui
расчета ЯВЛяется анализ характеристик существующеи машины,
u
а не проектирование новои, то для точноrо определения продоль'.
Horo ИЗ Iенения вязкости неоБХОДИ!\10 экспериментально опре--
делить продольное распределение температур. Определенное
таким образом температурное поле позволяет также оценить и
продольные изменения плотности расплава
р асполаrая вышеперечисленными данными, можно проинтеr...
рировать уравнение (91) rрафически. Производя такое интеrриро..
вание несколько раз для различных значений N и Qw, получим
ряд характеристик червяка, т. е. ряд l рИВЫХ, ОПИСbIвающих
. u
зависимость' расхода от давления в rоловке при различнои CKO
рости вращения червяка.
Использование этоrо общеrо метода было рассмотрено Штру--
бом 68 . Мейллеф ер 46 экспериментаtfТIЬНО проверил уравнение (91)
при шприцевании двух материалов: минеральноrо масла и термо-
П.JIаста (полиэтилена). Этим общим методом пользовались также
Иошида и др.76 при анализе течения расплавов полиэтилена в
u
червячнои шприц--машине.
Мощность привода червяка. В общем случае суммарную ве-
личину мощности привода червяка можно определить таким же
путем, каким определялись интеrральные характеристики червя-
ка вида «производительность давление»,.
Например, интеrрируя уравнение (90) по длине червяка,
,получим суммарную мощность червяка:
L
t
(Fz cos 2 <р + 4 sin 2 ер) +
тt 3 D3N2fJ- 1
пе
z
J
h
о
PL
7t 2 n D2 N 2 u. е
+ 8 tg 'L dl + q dd Р
,
РО
Если rлубина канала по сравнению с ero шириной мала, вместо
уравнения (90) можно воспОльзоваться интеrральными формами
(92)
'v
i-' АС Ч ЕТ ПР ОИЗ в о ДИТ ЕЛ ЬН OC"fyf Ш П Р .vl Ц 1У\А Ull-f Н
Т..... ........
229
выражений (84), (87) и (88). Если зазор между кромкой червяка
11 стенкой корпуса велик, необходимо использовать интеrраль..
}IУЮ форrvlУ уравнения (89).
.
Изотермический режим.
Если принять, что температура расплава вдоль оси червяка
u
остается неизменной, а следовательно, вязкость расплава' и плот..
u
ность расплава также не меняются, то мо}кно ПОЛУl.IИТЬ семеиство
u
довольно простых уравнении, описывающих процесс шприцева--
НliЯ. Для Toro чтобы поддерживат'ь изотермичеСКI-IЙ режим, необ..
ходим о непрерывно отводить тепло, выделяющееся в расплаве
в результате BHYTpeHHero трения. При исследовании работы дози..
рующих червяков со сравнительно l\1елким I{анас,ТТОМ на участке
зоны дозирования очень часто оказывается, что они работают в
изотермическом ре}киме.. В особенности это касается маленьких
со.'
IIIприц ма-шин, у которых от ношен-и е площади наружнои поверх..
ности к объеl\rIУ велико и обеспечивает интенсивный отвод тепла..
ДJIЯ Toro чтобы оправдать применение урав'нений изотерми
'ческоrо шприцевания, совсем нет необходимости в точном соблю...
дени и изотермическоrо режима. ОтклонеI-IИЯ от изотермическоrо
режима (наблюдающиеся вдоль оси чеРВЯl<а) влияют только на
l1рОТИВОТОК, ве"rJ:ичина KOToporo по сравне.нию с вынуждеНIIЫМ
потоком часто мала.
Канал с постоянными размерами. Характеристика червяка
и 20/10BKtl. Для изотермическоrо режима величина rрадиента
u
давлении в канале постоянноrо сечения опреде яется выражением:
др
д'
p
l
(93)
rде p перепад давлений на участке червяка длиной L. Если
пренебречь утечкой, то производительность червяка определится
уравнением (66), в котором др/д! заменено на дрlL:
p f!p
.................................... ......
L
q F da.N
(94)
Если подставить в уравнение (94) значения коэффициентов а
и , то получим:
F d 7t 2 D2Nh 1
пе \
.
51 П ер cos «
F 1tDhЗ
1
nе
t
12u..L
"
. ()
Sln
t
.
2
1"1
p (95)
q
"
230
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
.
Из уравнения (95) следует, что характеристика 1:.червяка с
постОянными размерами канала при изотермическом режиме в
координатах «производительность давление», rрафически изобра
Р' 1
жается прямой с TaHreHCOM уrла наклона, равным /-L E-, пере
секающей Ось ординат (l1p O) в TOl.IKe с координатой q F dalV.
Если перепад давлений по длине червяка отсутствует, то про..
, изводитеJIЬНОСТЬ шприц",машины не зависит от вязкости MaTe
риала и прямо пропорциональна скорости вращения'червяка.
t 'la:=F/J.a!N
' J
2
I
ДаDление 8 еоло6ке, J1p
Рис. 4,28. ХараI{теристики червяков, работа..
]ОLЦИХ в изотеР!dическ,ом режиме:
l червяк с rлубнной канала hI' скорость вращеиия
N об/сек; 2 червяк с rлубиной канала h2==1.5h 1 . скорость
вращения N об/сек; 3 .червяк с rлубииой Канала hl' CKO
рость вращения 2N об/сек. TaHreHC уrла накЛОна xapaKTe
Pp
ристики:::;: L ; 4 червяк с rлубиной К.зНала h2==J.5 hl'
J.t 1
Cl(OPOCTb вращения 2N об/сек.
На рис. 4,28 rрафически представлено уравнение\ .' (94) для
двух червяков с каналами различной rлубины при двух значениях
скорости вращения. Характеристика червяка с более мелким.
(J
каналом имеет меньшии уrол наклона, т. е. ПРОИЗВОДI1тельность
TaKoro червяка меньше зависит от противодавления.' '._С увеличе
нием скорости вращения уrол наклона характеристик обоих
червяков увеличивается, так aK при увеличении скорости Bpa
щения rраДI1ент скорости в канале увеличивается, в вязкость
u
flаходящеrося в канале распк-ттава, являющеrося неНЬЮТОНОВСКОI-I
}I(IIДКОСТЬЮ, уменьшается.
Экспериrv1ентал ь но установлено, что при работе в режиме,
близком к изотермическому, характеристики червяка имеют вид
прямых линий 17 , 31, з5, 45, 62. Прямолинейная зависимость на6лю
РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЫ- IОСТИ ШПРИЦ МАШИН.
..... L
231
дается даже при шприцевании таких неньютоновских жидко
стей, как расплавы полиэтилена. Причина этоrо, по",видимому,
заключается в том, что средний эффективный rрадиент скорости
расплава в канале червяка складывается из скорости СДВИrа по
перечноrо циркуляционноrо течения, совершенно. не зависящеrо
от давления в rоловке, и скорости сдвиrа поступательноrо тече
ния, средняя абсолютная величина которой сравнительно мало
зависит от дав:ления в rоловке.
Если выход из rоловки полностью закрыть, т.ак чтобы расход
материала был равен нулю, давление, развивающееся в rоловке,
будет максимальным.
Величину максимальноrо давления для червяка с каналом
постоянных размеров, работающеrо в изотермическом ре)киме,
.можно определить из уравнений (94) и (95), предположив, что
q==O:
Fda!v
p
fJ.L
БF 7tDN L
F /12 tg ер
(96)
Pmax
РПИJ.Х .
(97)
.
в действительности величина макси.мальноrо давления всеrда
несколько меньше вследствие утечки и неизбежноrо разоrрева
материала, возникающеrо в результате преобразования в тепло
мех анической работы червяка.
Фактическая-- п.роизводительность шприц машины определяется
взаимным nлиянием характеристики червяка и характеристики
rоловки В общем СЛУ1.Iае величина расхода через мундштук MO
жет бы.ть описана следующим уравнением:
q k
ДРD
........
l-LD
(98)
rде k постоянный коэффициент, зависящий от I"eOl\1etp!-!ческИХ
размеров rоловки
I1!-JD перепад давлений в мундштуке
:-1D вязкость жидкости в МУНДШтуке, которая зависит от
rрадиеита скорости, а следовательно, от ве ТIИЧИНЫ pac
хода q.
Вязкость fJ'D даже при l-1зотермическом режиме работы может
Iie совпадать с вязкостью жидкости в канале червяка вслед
ствие различия в величине rраДИеНТОВ скорости.
232
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
......
Для наиболее распространенных червя]{ов и МУНДШТУКОВ.,
rрадиент скорости в мундштуке имеет большую величину, чем в
канале червяка. Поэтому в мундштуке вязкость всех неньюто
u
новских жидкостей меньше, чем в канале червяка, за ИСКЛIО
чением дилатантных систем. Однако материалы, перерабаты
вающиеся lla шприц..машинах, редко обладают дилатантными
u
своис'Твами.
Для rоловки с цилиндрическим сечением коэффициент k опре-
деляется выражеНJfем:
k
nRt
BL D
J
(99)
Для щелевой rоловки
k , .
..
h 3
W D D
12L D
( 1 00)
радиус отверстия в ЦИ 1Jиндрическои rоловке;
толщина щели в щелевой rоловке (МI{нимальный размер);
ширина щеJIИ, замеренная НОрI\fально к IlаправлеНИIО
потока;
L D ДЛИflа rоловки, замеренная параллельно. направлению
потока.
Основные 'fИПЫ профилирующих rоловок предстаВ.Тlены на
pJIC. 4,29.
rде R D
/lD
WD
Но
.
/1,1)
Пот ан
tZ
6
Рис. 4,29. Основные типы профилирующих rоловок:
а ЦИJIИl1дрическая rОЛОЕка; б щелевая rОлОВКа.
Если принять, ЧТО h D толщина кольцевоrо зазора, а WD
есо средняя Jдлина, то уравнение (100) может быть использовано
для расчета трубных rоловок.
Если ПрlJравнять давлrние на выходе из червяка и давление
на входе в rоловку, то перепад давлений вдоль оси '.lервяка p
равен перепаду давлений в rO.,'10BKe /}D.
РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕ-!1ЬНОСТI1 ШПРИЦ МАШИН 233
.... 1 .Lb............
Тоrда, объединяя уравнения (99) и (98), ПОJlУЧИМ:
F drJ.N (101)
q .
D F'B
1 р.
kL
}I
р' rJ.N
Др d
- J .. ( 1 02)
k p ?
,
.J
I
р.. D . L
Эти уравнения позволяют определить производительность
и давление шприцев ани я как точку пересечения характеристик
червяка и м'ундштука.
Если бы .шприцуемая жидкость обладаJlа НЬЮТОновскими
u .
своиствами, то ДJIЯ изотермическоrо режима ==tLD' а уравнения
(101) и (102) превращались бы соответственно в
q
Fd aN
р,
р
..
kL
(103)
1 +.
и
p
Fd Nl-1
k + F /L
(104 )
.L нализ этих двух последних уравнений показывает, что при
u
изотермическом шприцевании ньютоновских жидкостеи произ--
водительность шприц--машины не зависит от вязкости (или тем-
пературы) материала. Однако величина давления, развивающеrося
в rоловке, прямо пропорциональна вязкости материала.
Сопоставление уравнений (101) и (102) с уравнениями (103)
'и (104) проливает дополнительный свет на особенности шприцева..
ния материалов, обладающих неньютоновскими свойствами, а
'также на изотермическое шприцевание, при котором температуры
'червяка и rоловки хотя и постоянны, но отличаются друr от друrа.
В этом последнем случае из уравнения (101) следует, что произ-
водитеЛhНОСТЬ машины, даЖе при ШПрИцевании неньюТОНОВСКИХ
u
жидкостеи, почти не зависит от температуры, так KaI{, несмотря
'на то, что значения вязкости материала в червяке и rоловке вслед"
ствие различия в величине rрадиентов скорости неодинаКОВbl,
их отношение с изменением температуры остается почти постояи--
234
- rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
"IТ"
..
"
...
НЫМ. o ПРОИСХОДИТ потому, что значения вязкости в'червяке
11 rоловке при изменении температуры изменяются примерно
одинаково.
Те, кто знаком с раб01'ОЙ шприц машины, возможно, замечаЛИ r
что в определенных пределах можно влиять на производитель
ность машины, изменяя температуру rоловки. Причина этоrо
становится очевидной, если обратиться к уравнению (101). При
увеличении температуры rоловки средняя вязкость расплава.
в I"\оловке D понимается. Поэтому величина отношения (ttD.ltt)
1 акже )lменьшается, а это
приводит к увеличению
производитеJIЬНОСТИ маШJf--
НЫ. При э']"\ом . величина.
давления в rоловке, как
это следует из уравнения
(102), будут уменьшаться.
Характер этих изменений
заВИСI1Т от отношения
КОЭФФИЦI[ента С9ПРОТ!{В
v1Jения rоловки k к reo
метрическому КОЭффИllИ
eH"ry противотока F /L.
Например, если веЛИ\Iина
F /L мала по сравнению
с величиной k (как это
наблюдалось бы для мел
Koro червяка при Болыlойй
площади поперечноrо се...
чения канала в мундштуке), то изменение вязкости материала
в 'rоловке заметно' не влияет на величину производительности,
которая по существу опр'едеЛяетсЯ червяком, но вызвыает зна...
чительные изменения давленИЯ в rоловке.. Поэто.му производи..
тельность мелких червяков rораздо меньше зависит от колеба
ний 'rемпературы rоловки, которые MorYT быть следствием пе
риодическоrо включения и отключения иаrревательных
элементов с обычной системой автоматическоrо реrулирования
температуры.
Рассмотренные выше х арактеr)истики червяка и rоловКИ MorYT'
быть изображены rрафически в координатах q p. На rрафике
«рабочая точка» шприц"машины определяеl"СЯ пересечением этих
двух линий. Такой метод позволяет изобразить на ,одной Дliа -
rpaMMe все мноrообразие возможных режимов шприцевания.
Рис. 4,30 и 4,31 наrлядно демонстрируют целесообразность п ри
менения этоrо метода_ На рис 4,30 изображены характеристики
двух червяков (отличающихся друr ОТ друrа только rлубиной
iлуоо/(u/1
"" канал
<)
t..}
t:;.
ct)
t')
t:)
о
rоло8ка с ООЛЫLIt./М
сс"ением
l1ел/(ut1 8,
I<онал
d'ap(1 кт едиl} mt./ /( t.L
соло81(U I
/оло8/(а
с t1a 176111
се"ение
XOfJaHтepucтt./l<a
I.fвр8я/(а
l1еfJепаiJ ооtJлеflutJ, AjJ
Рис 4,30.
Характеристика чеРВЯI<а
и rоловки.
lJ АСЧЕТ ПРОI IЗ В()Д l'IтЕЛ b!--10CTII Ш ПРJ.1Ц -l\1\АШi-I 11
.....
винтовоrо канала) и характеристики двух rоловрк с большой и
малой площадью поперечноrо сечения. При установке rО 1JОВКи
с большим поперечным сечением (меньший коэффициент сопро--
тивления) точка А определяет режим работы червяка с мелким
каналом, а точка В червяка с rлубоким каиалом. В данном
.случае червяк с более rлуБОКИ!\1 каналом обеспечивает более вы...
СО кую производитеЛhНОСТЬ. Если установлена rоловка с большим
сопротивлением (меньшая площадь поперечноrо сечеl-IИЯ), то
точка С будет определять
режим работы червяка с
мелким каналом, а точка
D червяка с r.,'1у.БОКI1М ка..
налом. В этом случае луч..
шие результаты дает чер..
вяк с мелким каналом,
который создает более вы..
сокое давление и одно..
временно обеспечивает
большую производитель-
ность. Очевидно, что каж..
u
дои rоловке соответствует
некоторая оптимальная
rеоме1РИЯ канала. червяка,
обеспечивающая макси-
мальную производитель..
НОС,ть (этот наивыrоднейший канал будет рассмотрен ниже).
На рис. 4,31 представлено влияние изменений температуры
материала в rоловке и червяке на давление в rоловке и произ
водителъность машины. На rрафике изображены характеристики
.червяка и rоловки при температурах Т 1 и Т 2 (Т 2> Т 1 ). Если тем..
пературы расплава в червяке и rоловке одинаковы и равны Т 2 )
режим работы машины определяется точкой А. Если одновременно
умеНЬUJИТЬ температуры расплава в червяке и rоловке до тем..
пературы Т 1 , то давление в rоловке увеличится до значения.
определяемоrо .точкой В. Величина же ПРОИ2водительности при
.:}том останется практичекси неизменноf, Однако если ITeMnepaTypa
расплава в червяке по прежнему равна Т 2, а температура расплава
в rоловКе уменьшена дО Т 1 , то производительность шприц...
машины понизится до значения, определяемоrо точкой D.
Напротив, если температура расплава в червяке равна Тl' а
rоловка Harpeтa до более высокой температуры Т 2' производи..
тельность машины, определяемая точкой С, окажется несколько
БОЛlJшей.
Диаrраммы TaKoro типа показывают, что производительность
u
мелких и длинных червяков в значительно меньшеи мере зависит
,
235
,
,
J: о ро хте/!lJст-t.l /( tJ
ёоло80К
...
о()
"
-()
Е:
о ЛвреПQQ иаdлеНtJtl dfl
Рис. 4,31. Влияние температурь! червяка
и rоловки на производител ьность шприц
машины.
".
1) 'i
j .J:flpf7KтejJucтU N lL
I l/еfJ8я/(оtJ
I
,
236
r л. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
. 1
........ .....--------
от температуры расплава, чем производительность более rлубо
ких и коротких червяков.
Для Toro чтобы воспользоваться вышеприведенными расчет-
ными уравнениями, необходимо знать величину вязкости расплава
в червяке и в rоловке. В том случае если расплав обладает свой.
u u
ствами неньютоновскои жидкости, величины вязкостеи должны
быть определены .соответственно при значениях rрадиента ско"
рости, существующих,. в канале червяка и в rоловке шприц ма..
шины. Чтобы оценить величину эффективноii вязкости расплава,
находящеrося в канале червяка при различных температурах
и СI{ОРОСТЯХ вращения червяка, необходимо экспериментально
u
определить производительность и перепад давлении на данном
участке червяка в этих условиях. Располаrая этими данными
и зная rеометрические размеры канала червяка, можно решить.
уравнение (95) относительно вязкости.
Мак Келви40, 41 и Саккет 62 пользовались этим методом для.
определения эффективной вязкости расплавов при шприцевании.
Маддок 45 н'едавно опубликовал экспериментальные данные, сви"
детельствующие об удовлетворительном совпадении между значе
ниями эффективной вязкости полиэтилена, определенными таким
способом, и значениями, рассчитанными по реолоrической кривой,
полученной на капиллярном вескозиметре. Величина среднеrо
эффективноrо rрадиента скорости определялась при этом . как
отношение окружной скорости к rлубине канала 1tD N /h.
Реолоrические характеристики неньютоновских жидкостеJI
при течении через матрицы простой rеометрической формы можно
достаточно cTporo рассчитывать, используя методы, изложенные
в rлаве 1 настоящей моноrрафии. В большинстве случаев для
определения вязкости расплава в rоловке можно пользоваться
u U
кривои течения, полученнои на капиллярн.ОМ вискозиметре.
При этом величина rрадиента скорости в rоловках спрофилирую..
ЩИМ отверстием круrлой формы определяется из выражения
т 4q/1tR 3 , в rоловках щелевоrо типа r 6q/wh 2 (в последнем
случае h минимальная высота щели, ш ширина щели, замерен..
ная перпендикулярно направлению потока).
Роуэлл и Финальсон 61 , исследовавшие шприцевание вязких
масел и мыл, и Пиrотт 58 , исследовавший шприцевание резино..
вых смесей'и масел, также подтвердилИ справедливость изотерми..
u .
ческои теории шприцевания.
Во всех упомянутых выше исследованиях эксперименты произ...
ВОДИЛись на червяках со сравнительно малой rлубиной винтовоrо
канала. Поэтому коэффициенты формы вынужденноrо потока и
противотока мало отличались от единицы. В результате в этих
работах отсутствует критическая проверка справедливости Teope
тических значений коэффициентов формы. Работа Сквайрса 66 ,
Рf\СЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ШПРIIЦ !\I'\АШИН
""'WI .......
237
исследовавшеrо червяки с rлубоким винтовым канаЛО!vI, пред
ставляет собой прекрасное экспериментальное подтверждение
как теоретических значений коэффициентов формы, так и вообще
Теории изотермическоrо шприцевания.
Опtпимальная конструкция, обеспечивающая максимальную nро-
uзводительность. Выше уже указывалось, что для любой rоловки
существует определенная оптимальная rеометрия винтовоrо ка..
нала червяка, обеспечивающая при заданной скорости вращения
червяка максимальную производительность. Для Toro чтобы
определить оптимальную rлубину канала, приравняем нулю
первую производную уравнения (101) по h. При этом получим:
h
Р' D
Р
....
6kL
1/3
7tD 1
пе \
i ) sin 2
.......
(105)
Червяк, винтовой канал KOToporo имеет rлубину, определен..
ную из этоrо выражения, будет развивать максимальное дQв
ление в. rоловке при любой скорости враще ия.
Если подставить полученное выражение для rлубины канала
в уравнение (101), то из Hero следует, что
q
с)
3 qd
(1 Об)
()тсюда, так как а (q qd)/qd
а
1
3
( 1 07 )
Как уже отмечалось, это значение а соответствует такому
u
распределению скоростеи в продольном сечении, при котором
u .
rрадиент скорости, вычисленныи в направлении оси z, на дне
канала равен нулю.
Таким образом, червяк, который обеспечит для данной rолов-
ки максимальную производительность при любой скорости вра..
щения, должен иметь канал, rлубина KOToporo определяется из
уравнения (105). Производительность TaKoro червяка составляет
u
две трети максимально возможнои производите"fJЬНОСТИ, т. е.
u
две трети производительности, соответствующеи режиму откры-
Toro выхода. Величина развивающеrося при этом давления равна
u
одной трети максимальноrо давления, соответствующеrо режиму
нулевоrо расхода
1
p ==-= 3
61f.DNfJ.L
h 2 tg
Р'
d
Р'
р
..
27tDN I
h 2 tg
F' -.
d
Р'
р
(108)
...
238
r.П. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
""
Для TOrO чтобы определить оптимальную величину уrла
ема ВИнтовоrо канала в зависимости от rлубины канала и
фициента сопротивления rоловки, необходимо приравнять
первую производную по ер уравнения (101). Проделав это,
чим после ряда преобразований:
siп 2 ер ==(
. p ( r- Dh3 1
\ r
I
подъ..
коэф
нулю
полу"
1
(109)
пе
t
2
J..d>...............
12kL
Это уравнение показывает, что величина оптимальноrо уrла
подъема винтовоrо канала при данной rлубине канала изменяется
в зависимости от величины коэффициента сопротивления rоловки
в интервале от qэ . 450 при k CX) (открытый выход) До tp О при
k O (нулевой расход).
Для T9ro чтобы и rлубина и уrол подъема канала имели опти"
мальные значения, необходимо найти их значения, одновременно
удовлетворяющие уравнениям (105) и (109). Принимая, что все
поправочные коэффициенты F равны единице, и решая эту систему
u
уравнении, получим:
ер 30(/ ( 11 О)
и
..... 24kL 1/3
h. (111)
..
ttD пе
( I
пD
t
\
--
Червяк, rлубина и уrол подъема винтовоrо канала KOToporo
удовлетворяют этим уравнениям, будет развивать максимальное
давление при любой скорости вращения.
На практике, однако, почти не встречается червяков, rеометри"
ческие размеры которых удовлетворяли бы этим уравнениям (за нс"
ключением червяков винтовых насосов,перекачивающих расплавы).
Дарнелл 24 показал, что червяки пластицирующих шприц..
u
машин, которые захватывают и транспортируют твердыи мате..
риал, должны иметь уrол подъема винтовоrо канала в зоне пита..
ния для большинства rранулированных материалов, равный
17 200 (см. стр. 257 259). Наибольшее распространение получили
червяки. с .уrлом подъема винтовоrо канала, равным 17°42', так
как при этом значении уrла шаr канала равен диаметру червяка.
. Червяки с таким уrлом подъема обычно обладают впо.лне
удовлетворительными характеристиками, так как диапазон опти-
u
м,альных значении уrла подъема винтовоrо канала зон, транспор"
тирующих твердый (зона питания) и расплавленный (дозирующая
зона) материалыl, достаточно широк.
. При конструировании червяков с оптимальными размерами
следует также иметь в виду, что rлубина канала, допускаемая
РА.С.ЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ШПРI!Ц"i\\АШllН
239
..
прочностными характеристиками, часто оказывается меньшей,
чем при расчете по уравнениям (105) или (111). Кро.ме Toro, от
r лубины канала существенно зависит величина рассеиваемой
энерrии, а следовательно, и температура материала.
, . Поmребляемая мощносmь. Величину расходуемой мощности
I
при изотермическом режиме шприцевания можно '.подсчитать,.
воспользовавшись любым из ранее выведенных уравнений (84),
(87), (88), (89) или (90), заменив в них dp на i1p и dl на L.
Величину вязкости расплава в канале червяка следует pac
считывать по среднему значению rрадиента скорости, существую..
щему в канале червяка. Приближенно величину среднеrо rрадиен"
та скорости можно определить как тcD N //l. Аналоrично rрадиент
скорости в зазоре приближенно определяется как тcDN /0.
Величина энерrии, расходуемой на перекачивание матер ала
и определяемой пр6изведением qi1p, обычно составляет ничтож
ную часть всей энерrии, потребляемой при шприцевании BЫCOKO
вязких жидкостей, таких, как расплавы полимеров. Поэтому
U u
если определить термодинамическии насосный к. п. д. шприц..
м.ашины обычным методом по величине отношения полезной ра..
боты (q6p) ко всей затраченной энерrии, то он окажется очень
невелик. Однако следует иметь в виду, _что в шп.риц машине -те.пло,
выделяющееся в результате вязкоrо трения, способствует плавле..
нию твердых частиц полимера и повышению температуры рас..
плава до заданноrо значения. Это отмечал уже rаспар31, который
. ' - .-
. U . I
считал, что суммарный к. п. д. шприц машины составляет при..
мерно 80 %. Основная часть потерь (20 %) представляет собой
tJ.
потери тепла на охлаждение наружнои поверхности корпуса и
u u
потери тепла, уносимоrо охлаждающеи ВОДОй.
,. 'К'а.нал с переменными размерами. Если rеометрические раз--
м.еры винтовоrо канала изменяются вдоль оси червяка, :то для Toro;
чтобы рассчитать характеристику червяка, необходимо." про-ин.,.
теrрировать уравнение (91). Интеrрирование этоrо уравнения в
общем виде для случая изотермическоrо шприцевания рассматри'"
валось мноrими исследователями 21 , 34.
.[оур И Мак Келви34 приводят решение, представляющее собой
сочетание результатов интеrрирования уравнения (91) для червяка;
состоящеrо из двух сеКЦИЙ (секции длиной L 1 , на участке KOTO
рой.. rлубина канала постепенно уменьшается от h 1 до h 2 'J И дo
зирующей секции с длиной L 2 ), И уравнения течения в rолов....
ке q ki1p/
б7tDЛ[ COS y/h2
q:=::: А
1 12
k + 1r Dh sin
h 2 h 1
1.12 /Jl h 1 + h 2 \
+ j
/12 h 1 2h l
( 112)
240
'"
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
..........- """'
. Типовой пример расчета производительности . червячной
шприц"машины. Применение изложенной выше теории изотерми-
d
ческоrо шприцевания показано на примере расчета типичнои
шприц машины. ..
Определим производительность одночервячной шприц"машины,
схема которой представлена на рис. 4,9, имеющей следующие
rеометрические размеры:
D 63,5 мм t 63,5 мм
L 254 мм п 1
'! 2,54 ММ о 0,178 мм
е 6,35 мм
Эта шприц машина может представлять собой насос для пере
(,J
качивания расплава или дозирующую зону пластицирующеи
шприц"машины.
Уравнение (17) можно переписать в виде:
q> arc tg tj1tD (17)
ПОСI{ОЛЬКУ шаr червяка равен ero диаметру, т. е. t D, получим:
ер arc tg 1 j1t
17°42'
Ширину канала w можно определить из уравнения (15):
....
63 5
е cos <р . l'
6,35 cos 17°42' 54,3 JИМ (15)
t
w
п
,
Величина отношения h/w для этоrо червяка равна 0,0467.
По диаrрамме (см. рис. 4,12) определяем значения коэффициентов
F d И F р:
F d 0,97
F р о t 97
Так как значения коэффициентов формы близки к единице,
то можно сделать вывод, что в данном червяка влияние стенок
канала на поток невелико. Если бы шприц"машина была' спроекти
рована или эксплуатировалась так, что канал червяка был бы
заполнен частично, в.еличину коэффициента формы для вынужден"
Horo потока следовало бы определять по диаrрамме, изображен"
ной на рис. 4,23. Примем, что коэффициент Кривизны для вынуж
денноrо потока равен единице. Обычно rлубина винтовоrо канала
на участкеДОЗIlрующей зоны относительно мала и можно без боль
шой ошибки принять коэффициенты формы и кривизны рав-
ными единице.
rV"""
т
РАСЧЕТ ПРОИ3ВОДv!ТЕЛЬНОСТИ ШПРИЦ МАШИН
.........- LI... .l 1
241
Предположим, что вязкость расплава постоянна по всему
сечению канала. Поэтому коэффициенты FJJ.d и FJJ.p, определяемые
по диаrрамме, представленной на рис. 4,21, равны единице.
Если в первом приближении прен бречь расходом утече]{,
то производительность червяка может быть определена из ypaB
IIения (95):
Fd7t 2 D2Nh
1 , .
t
\
2
.
SlП ер COS ер
F 7tDh3 1
nе
t
siп 2
nе
12 L
Др (95)
q
...-
Сделав соответствующие подстановки, получим:
12,7 N 51,4. IO 4 Др
(113)
q qd +.qp
rде q выражено в см 3 /мин; N об/мин; р KT/CM2; f1 кТ.сек/см 2 .
Проuзводиmельносmь. Определим производительность шприц
машины с таким червяком при 50 об/мuн; шприцуемый материал
полиэтилен «Алатон 10», температура расплава 190 ос, величина
противодавления в rоловке др 70 кТ/см 2 .
Величину среднеrо rрадиента скорости в канале можно опре..
делить в первом приближении из выражения:
...,
,
rcDN
h
(114)
.
При подстановке в это выражение соответствующих значений
получаем rрадиент скорости в канале, равный 6,55 ceK l. По
диаrрамме зависимости э ктивной вязкости от rрадиента ско-
рости (см. часть 111) определяем эффективную вязкость материала
при 190 ос: .
a 1 ,4.1 (Т2 кТ. сек/см,2
Если подставить в уравнение (11) следующие
N . 50 06/ м,ин
p . 70 кТ jCM 2
a 1 ,4.10 2 кТ .сеК/СМ,2 .
величины:
.
то производительность определится выражением
q q d + qp . 635 25,6 609,4 смЗ/.мu/t
LLля определения MaccoBoro расхода проэкстраполируем кри
вую зависимости плотности от температуры (см. часть 111) до
16 Переработка термопластичных материадов
242
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
IТ
..... ..
.
190 ос при давлении 35 кТ/см 2 (среднее давление в канале червяка).
Получим, что плотность при этих условиях равна 0,76 2/СМ З .
При этом массовая производительность будет равна:
qw 27,6 К2/Ч
Если бы по длине червяка не было перепада давлений и, cj1e..
довательно, противоток бы отсутствовал (qp О), производитель"
ность составляла бы 28,8 К2/Ч. Таким образом, существование
противодавления в 70 KF /см 2 вызывает уменьш.ение производитель
ности на 4,1%.
Максимальное давление ШJlрuцевания. Максимальн'ое давле
ние шприцевания развивается, если полностью закрыть выход
материала из rоловки. Величина этоrо максимальноrо давления
определяется следующим уравнением:
БF d 7tDN[LL
F h2 tg ер
(97)
Pтax
После подстановки получим:
f1 РПlах 2 ,48. 1 03 N tL
Если N 50 06/Ml-l1-l, а эффективная вязкость 1,4. 10 2 кТ. сек/см 2 ,
то
1740 кТ /СМ,2
ДРтах
Влияние утечки Существование утечки через/ кольцевой зазор
u
между наружным диаметром червяка ивнутреннеи поверхностью
корпуса приводит к уменьшению как величины производитель
ности, так и максимальноrо давления шприцевания.
Если пренебречь последним членом уравнения (65)' ввиду
ero малости по сравнению с первым членом, то формула для pac
чета производительности, учитывающая утечки, принимает вид:
пе
.
SlП ф CQS с.?
. i
q
F'1t,2D 2 hN 1
d t
2
(1 ' а
J)
( 115)
Коэффициент Fd введен в это уравнение для Toro, чтобы оно
имело форму, аналоrичную уравнению (95). Член а представляет
собой отношение расхода проти'вотока к расходу вынужден
Horo потока, в?ятое с обратным знаком. Из уравнения (113) сле..
дует:
( 51,4.10 4ap/f.t)
12,7N
( 116)
a
РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ШПРИЦ МАШИН
243
.... .......-
Подставляя значения 6.р, f1 и N, получим:
.
а 0,0403
Кроме Toro
J
'" / j О, 178 === О 07
о п 2 54 '
,
Подставляя эти значения в уравнение (115), получаем q 634
(1 0,0403 0,07) 564 смЗ/мuн 25,6 К2/ч, в то время как при
отсутствии утечек производительность составляла 27,6 К2/ч.
Чтобы определить величину максимальноrо давления шприце..
вания, под став им значение а из уравнения (116) и приравняем
в уравнении (115) величину q нулю:
ДРтак . 2,48.10ЗN (1 1 J)
(117)
.После подстановки в это выражение значений N, f1 и J, получаем
6.Ртах 1610 кТ/см 2 . При отсутствии утечек 6.Ртах 1740 кТ/см 2 .
На практике, однако, даже это уменьшенное максимальное давле..
ние оказыв ется почти недостижимым в результате неизбежноrо
разоrрева расплава вследствие механической работы. Умень-
,
шающаяся с повышением температуры вязкость вызывает про..
порциональное понижение максимальноrо давления. Так, при
повышении температуры расплава на 15 ос максимальное давление
шприцев ани я понижается до 750 кТ/см 2 . .
Если бы эта секция червяка являлась дозирующей зоной
u
пластицирующеи шприц машины, на входе в дозирующую зону
существовало бы избыточное давление, развившееся в преды--
дущих питающей зоне и зоне плавлени . Это давление необхо-
димо было бы добавить к рассчитанному выше давлению на вы..
ходе.
Канал увеличенной 2лубuны. Если увеличить rлубину винтовоrо
канала до 5 ММ, то характеристическое уравнение для червяка
при.мет вид:
q 25,4N 4,1 .1 0 2A p!
( 118)
Величина среднеrо rрадиента скорости, определяющаяся из
уравнения (114), уменьшится до 3,28 се,с\ а эффективная ВЯ3
кость расплава соответственно увеличится до 1,89.10 2 кТ.сек/см 2 .
Рабочие характеристики мелкоrо червяка и канала увеличен-
ной rлубины представлены rрафически на рис. 4,32. Диаrрамма
показывает, что если давление на выходе превышает 350 Kr/CM2,
мелкий червяк обладает более высокой производительностью.
При давлении меньше этой величины большую производитель.
ность имеет червяк увеличенной rлубины.
16*
244
r л. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ.
..
....... .1
Объединенная характеристика 20ловки и червяка. Обычные
УСЛОВИЯ работы отличаются от рассмотренных выше тем, что.
материал не наrнетается под постоянным противодавлением, а
продавливается через профилиру.ющую .матрицу с отверстием
заданных размеров. Поэтому характеристика шприц машины
определяется взаимным влиянием червяка и матрицы.
З4
5.42
,
....
53
о() ,
3,70
\ь
2,7/
'1s
80
0,90
h==SI1H
Л=2,511Н
140 280 420
перепаи иа8лениr1 LJp, I<f'/CI1 2
Рис. 4,32. Расчетные характеристики для
червяка диаметром 63.5 мм, длиной 254 ММ
и шаrом 63,5 ММ.
Рассмотрим в качестве примера шприц--машину, в rоловке ко..
u
торои установлена цилиндрическая матрица с отверстием диа..
метром 4,77 мм и отношением L/D 3,6.
. Напряжение сдвиrа на стенке отверстия матрицы и давление
связаны между собой следующим образом:
pRD
2L
В данном случае уравнение (119) принимает вид:
.
1,. .
(11 9)
.
't
др , кТ /см 2
14,4
( 120)
Далее эффективный rрадиент скорости на стеНl<е связан с объем..
ным расходом следующим соотношениеМ:
.
4q
'1 18
R 3
1t D
(121)
7А
РАСЧЕТ I1Р()!1ЗВОДI-iТЕЛЬНОСТJ.r! ШПРуIЦ IY1АШl11i
.) 4 ....
.... .)
..1 ...h.......
....
.
Из уравнения (121) следует, что если IА выражено в ceK l, то
.
q 2 ,89 · 1 0 21 А к;;/ч
( 122)
. I
Используя уравнения (12) и (122) и располаrа.Я реолоrическими
характеристиками полиэтилена «Алатон 10» (см. часть 1 1 1),
'можно представить характеристику матрицы в ВИДе кривой зави",
симости расхода от давления.
Характеристики матрицы и обоих червяков, рассчитанные
при температуре 190 и 240 ос, приведены на рис. 4,33. Рабочая
//r 28 't2 50 70 8/r 98
ЛерепоtJ tJо8ленuи ;jfl} HI7C/1 2
Рис. 4,33. Характеристи ки червяков и rоловок.
8,ЗL, .
5,42
1.t5З
J
3,7
2,7/
1,8
0,9
, о
2 OO 1900 КОНОЛ I ..
Е слуоиноu
11 17:=5 /1/1
С
/900
2400
Iopo.l(тejJucтuHU
8 lfерtlяно8 I
/900
2400
/(онол с.луtfuноц
17=2 cf нн
,
J:opOHтepUCтtlHl/
ёоло80Н
ТОЧl{а шприц"машины определяется пересечением соответствующих
характеристик червяка и матрицы. Например, если температура
расплава составляет 190 ос, то точка А будет характеризовать
работу шприц"машины, червяк которой имеет канал rлубиной
5 мм; точка В работу машины, червяк которой имеет канал
rлубиной 2,5 мм. При 240 ос условия работы соответственно ха..
рактеризуются точками С и D.
Леrко з метить, что величина производительности почти не
меняется при одновременном изменении температуры расплава
в червяке и rоловке, в особенности для червяка с каналом малой
rлубины. Однако при увеличении температуры материала со 190 до
240 ос давление шприцевания уменьшается почти на 35 %.
На рис. 4,33 приведены также рабочие точки, соответствующие
режиму шприцевания, при котором температура расплава повы"
шается только в rоловке. Так, если увеличить температуру рас-
246
I'Л. IV. ШПРуlЦЕВАНИЕ
.
плава в rоловке до 240 ос, поддерJКивая температуру материала
в червяке по-прежнему равной 190 ос, то рабочая точка для более
rлубокоrо червяка переместится из А в Е. (Подобным образом
можно представить влияние на производительность колебаний
. температуры в rоловке, вызванных несовершенством системы
автоматическоrо реrулирования температуры.) Производитель"
ность машины с rлубоким червяком увеличится при этом при..
мерно на 4 %, в то время как давление перед матрицей умень-
шится на 33 %. Такие же колебания температуры в случае более
мелкоrо червяка вызовут увеличение производительности при-
мерно на 1,5 %. Поэтому в данном конкретном случае можно за..
ключить, что характеристика более rлубокоrо червяка, обладаю"
rцero более высокой производительностью, rораздо чувствитель
нее к колебаниям температуры материала в червяке или в rоловке.
Канал о'птuмаЛЬflОU 2луБUНbl. Если задаться целью спроекти-
ровать червяк, обеспечивающий максимальную производитель"
'ность, независимо от ero чувствительности к колебаниям темпе-
ратуры, то из диаrраммы рис. 4,33 следует, что rлубина канала
должна быть увеличена. Определить оптимальную rлубину ка...
нала, сохраняя выбранное значение уrла подъема, можно по
уравнению (105):
h
6kL
1/3
( 105)
р' t-tD
р f.L
rcD 1
пе
t
sin 2 tp
Коэффициент сопротивления rоловки определится выражением:
k
. 7tRb
ll.<iI.
8L- D
(99)
Подставляя rеометрические Р,азмеры, получим для выбранной
u
цилиндрическои матрицы:
k 6.38.10 4 СМ З
.
Величину вязкостей t.LD и 11 невозможно определить до тех пор,'
пока неизвестны rлубина канала и производительность.
В качестве первоrо приближения можно принять, что flD
1,4.10 4 кТ..с'ек/см 2 , а !-1 2,1.10 2 кТ. сек/с.м 2 . Подставив все
величины в уравнение (105), получим, что
h опт . 1 О, 18 ММ
Значение h опт . можно уточнить, определив величины t.LD и f,1, соот"
ветствующие 'rрадиентам скорости, которые будут существовать
в матрице и червяке, если rлубина канала равна 10,18 ММ. Под"
РАСЧЕТ ПР () I1З В(} ДИТ ЕЛ ЬН ОСТ J/1 Ш П}.J 11 Ll МАШ 1 i I-I
247
.... ..d
.......
...
ставив эти уточненные значения вяз костей в уравнение (105)
можно получить более точное значение оптимальной rлубины
канала.
Производительность червяка с каналом такой ,rлубины БЫ ТIа
бы весьма чувствительна к колебаниям температуры. Кроме Toro,
этот червяк нельзя было бы примен.ить для шприцевания мате..
риала через матрицы с высокими коэффициентами сопротивления,
так как максимальное давление шприцевания для этоrо червяка
составляет. Bcero лишь 175 KF/CM 2 . Такой червяк не Mor бы обеспе-'
чить достаточно удовлеТВОРl1тельную про работку материала, так
как величина rрадиента скорости, который существовал бы в
таком rлубоком канале, была бы невелика. Существенные TPYД
ности возникали бы при необходимости поддержания повышен
ных температур материала, так как большая часть энерrии, He -
обходимои для разоrрева расплава, должна была бы подводиться
извне от наrревателей корпуса. При увеличении скорости враще '
ния червяка количество тепла, которое может быть сообщено
расплаву извне, не будет соответствовать увеличивающейся
производительности машины. Это приведет к понижению TeM '
пер атуры материала.
Кроме Toro, если использовать червяк с таким rлубоким ка..,
, u U
налом в качестве дозирующеи зоны, расположеннои на выходе
u
из пластицирующеи шприц"машины, то производительность TaKoro
червяка окажется очень чувствительной к неизбежным колеба
ниям подачи материала, всеrда существующим в зоне питания.
Дросселирующее и выравнивающее действие дозирующей зоны
с .rлубоким каналом вообще мало, и такая дозирующая зона не
в состоянии устранить колебаний давления и расхода.
Поэтому, принимая во I.3н.имание все вышеизложенное, ста...
новится очевидным, ЧТО' при определении rлубины канала чер'"
вяка следует отказаться '9 Т попытки обеспечит,ь оптимальный
насосный эффект.
Адиабатический режим
в предыдущих параrрафах рассматривался предельный слу--
u u
чаи, характеризующиися тем, что температура расплава в червяке
U I ,
остается постоянном, так как или мало количество выделяющеrося
в жидкости тепла или интенсивность теплообмена с окружающей
средой достаточно велика Совершенно иное положение возникает,
если выделяющееся в расплаве тепло не удаляется, а, напротив,
аккумулируется материалом и вызывает повышение темпера...
туры полимера по мере ero перемещения вдоль оси червяка.
Такой предельный случай полноrо отсутствия теплоотвода Ha
зывается адиабатическим шприцевани ем.
248
rл. IV. ШПРИЦЕВАНl1Е
...
.
.
Особое значение теория адиабатическоrо шприцевания приоб...
u
рела в последние несколько лет в связи с наметившеися в про
u
мышленности пластических масс тенденциеи применять шприц..
машины все большеrо и большеrо размера, а также с появлением
шприц"машин с быстровращающимися червяками. Пластицирую"
щие шприц машины, в которых основная часть необходимоrо для
работы тепла выделяется в результате BHYTpeHHero трения, из
..вестны уже давно. Такие машины работают не по чисто адиабати--
ческому режиму, поскольку часть тепла теряется в результате
теплоизлучения с поверхности корпуса и уносится с охлаждаю...
щей водой. Поэтому некоторые авторы именуют их «самоrенери-
рующими», так как они сами выделяют необходимое тепло З6 .
Теория адиабатическоrо. шприцевания ньютоновских жид...
костей была разработана Мак.. Келви 42 . Так же как в случае изо..
u
'термическоrо шприцевания, предложенныи метод описания ха-
рактеризует некоторый идеализированный режим. В действи
тельности рабочий режим винтовоrо насоса, перекачивающеrо
расплавленную пластическую массу, расположен rде"то между
этими двумя идеализированными режимами.
При выводе уравнений адиабатическоrо шприцевания необ..
ходимо дополнить дифференциальные уравнения течения (66)
уравнениями энерrетическоrо баланса, позволяющими рассчи...
тать увеличение температуры расплава вдоль оси червяка. Для
Toro чтобы составить эти уравнения, необходмо знать величины
удельной теплоемкости и вязкости расплава. Обычно без большой
ошибки можно считать удельную теплоемкость расплава постоян-
ной. Пренебречь же изменением вязкости с изменением темпе...
ратуры нельзя. Мак Келви пользовался зависимостью:
lt ае bT (123)
Эта зависимость приводит к выражению:
b(T T .)
ie 1
температура (индекс i относится к условиям
( 124 )
rде Т .. абсолютная
входа).
Более распространенное уравнение,
ную зависимость вязкости, имеет вид:
Ae E / RT
описывавшее температур-
(125 )
tL
При использовании этоrо уравнения решение получается в виде
медленно сходящихся рядов. Поэтому это выражение не при
менялось.
Для Toro чтобы определить увеличение температуры находя...
щеrося в канале расплава, необходимо приравнять изменение
PAC IET ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ШПРИЦ МАШИН
249
.....
теплосодержания материала при ero протекании по каналу от
u
одноrо сечения к друrому количеству энерrии, расходуемои на
работу вязкоrо трения на этом же участке в единицу времени.
Количество рассеянной энерrии можно определить, суммируя
уравнения (74) и (83).
Т аким образом;
7r. 3 D3 N2 fJ.
qpC p dt
пе
[(1 3а 2 ) cos 2 cp + 4 sin 2 у] dl +
1 ..
.
t
h
птc 2 D2N2fJ. е
+- "t L dl (126)
6 g q;
Выражение в квадратных скобках можно с достаточной степенью
точности апроксимировать выражением (1 +3 sin 2 cp). Если, кроме
пе
Toro, заменить 1 '! на эквивалентное выражение (t ne)/тcDtgcp,
то уравнение (126) принимает вид:
qpC p dt N21.t dl (127)
rде
Воспользовавшись уравнением энерrетическоrо баланса
[уравнение (127)], уравнением течения [уравнение (66)], TeM
пературной зависимостью вязкости и коэффициентом сопротивле".
I1ИЯ' rол.овки [уравнение (98)], можно вывести все рабочие урав-
нения, описываl0щие адиабатический режим шприцевания нью
тоновских жидкостей. В отличие от уравнений, описывающих
u
изотермическии режим шприцевания. эти уравнения позволяют
определить, кроме давления и производительности, также и тем..
IIepaTYPY шприцуемоrо материала.
Ниже приведены основные расчетные уравнения, вывод KO
торых содержится в работе Мак..Келви 42 .
П РОliзводuтеЛЬflость. Производительность определяется CJIe
ДУЮЩИ1\1 выражением:
MN2L
q . ' R 1
( 129).
Дав/zенuе. Перепад давЛеНИЙ по длине червяка, который при...
нимается равным перепаду давления в rоловке, определяется.
уравнеНИЯ 1И:
p
p Ч 2
kR
iMN21
.. ..... ,17....
k}«(R 1)
( 130)
( 131 ):.
'250
rл. IV. ШПРИЦЕВАr1ИЕ
1 L
...11.... Iod---------<l.
"1
TeMl"lepaтypa. При ращение температуры расплава определяет--
ся выражением:
. 1
/J.T ь ]п R
( 132)
j\l10щносmь. Потребляемая червяком мощность может быть
определена из выражения:
Z рС pq/J. Т ..- q1p (133)
В пр иве денных пыше уравнениях М это постоянная, которая
.зависит только от физических свойств материала и rеометри
ческих размеров червяка:
f.LibE
Л.1
рС р
Отношение вязкостей R определяется выражением:
( 1 34),
R .. f1i/ D
( 135 )
Если пренебречь расходом
определено из уравнения:
r
kL
утечек, это Отношение может быть
'"]. R ln R - : ;
A1NL
(136) :
Трансцендентный х apaK'"fep уравнения (136) затрудняет не..
'посредственное определение R. Однако величину R в зависимости
от двух безразмерных параметров ( /kL) и (a/MNL) леrко опре..
.делить из HOMorpaMMbI, изображенной на рис. 4,34.
Указанный метод позволяет рассчитать характеристику адиа...
,6атической ШПРИIL..машины.. Мак..Келви приводит пример типовоrо
расчета червяка, имеющеrо слеДУlощие rеомеТРllческие размеры:
О'
h 5,08 мм
е 5,08 мм
о О, 127 мм
D 50,8 мм
L 38 ] мм
t 89 мм
При расчете предполаrалось что перерабатываемый материал
обладает свойствами расплавленноrо полиэтилена, т. е.
J.1i 1,4. 1 о з KF. ceKjCM 2
Величина Ь 0,025 OK l (вычислено по TaHreHcy уrла накло"
.на кривой 19 f1 в зависимости от Т):
С р . 21 KF .см./СМ 3 . 01(
рАСЧЕТ ПРОИ3ВОДИТЕЛЬI-fОСТII ШПРИЦ-МАШИН
251
.
Расчетом установлено, что при скорости вращения червяка
1200б/.tvtllfl и коэффициенте сопротивления rоловки..k 8,2. 10 4 см 3
давление в rоловке состаВ.Jlяет 154 KF /см 2 , а производительность
31 см 3 /сек. При этом температура расплава повышается на 49 ос.
/000
0,001
401
O
.IJ
XL
4.34. HOMorpaMMa для проектирования адиабатических
шприц.мзшин.
Цифры на кривых значение величины R.
/00
/0
(о
IJ/
401
Рис.
,
, ,-.
Н==I,/
. й 1fl:
Н
"
7f4
.y.
I!!! .
-
... .f I
40 .J , 'Н
;' lZf' i" ·
JI!!t
i ;)ff tmI
;IiIIfI-
.....-r
до.
-'
L
,
/0
20 ..
..
50..х" '" ...
/OO..)t ; .+-
I r
......... -t
. ,
- . 1 ) . I
. ...t.--. .
I ' I . ..J
. . H1. - . . .
....
- . :.....f. ."!" , . --+."
......... . _.
i
I
i
1 I : J
j
41
10
100
1000
Приведенные данные характеризуют только одну рабочую
точку из Bcero семейства характеристик адиабатическоrо реЖИl\1а
работы этоrо червяка, которые в виде HOMorpaMMbl изображены
на рис. 4,35. ОтмеТИ11, что при постоянном сопротивлении rоловки,
k const, приращение температуры расплава с увеличением ско"
рости вращения червяка возрастает. Хотя это и Не следует из
rрафиков, изображенных на рис. 4,35, давление шприцевания
при этом также повышается в соответствии с уравнением (130).
В ряде случаев оказывается удобнее представлять х apaK
теристики червяков, работаЮlЦIIХ в адиабатическом режиме, ана..
252
r л. IV. ШПРI1Il,ЕВАНИЕ
r
... ......
...
.,10rично характерИС'fикам червяков, работающих в изотермическом
режиме, т. е. в виде rрафиков зависимости производитеЛЬНОСТI-J
от давления, а не от при ращения те!\iпературы. Т акой способ изо..
бражения характеристик ПрI1
менялся Колуэллом 23 .
На рис. 4,36 представлены
характеристики разобранноrо
примера адиабатичеСl{оrо ре)l И"
ма шприцевания (для cpaBHe
ния пунктиром нанесены xapaK
теристики изотермичеСКОI"О pe
жима) .
РеЗУ 1]ьтаты эксперименталь
Horo исследования адиабати
ческоrо шприцевания полиэти-
лена БЫJ1И опубликованы Бе,рн
хардтом и Мак...Келви 12 . УЧИ 40
тывая чувствительность про
цесса шприцевания к измене..
нию физических свойств pac
плава, можно считать наблюдав..
шееся совпадение между раС 40
LleTHblMI1: и экспериментальными
данными впо"Т'[не удовлетвори
тельным.
/ 8
. /3/
Qj
'.)
1/5
'....)
50о/сек.
С8000аныи
8ыхоВ
98
...
4 otf/cel(
1< = /O 't
82
J од/с ек;
68
59
2ot5jceK
ЗЗ
/otf/cel(.
16
1( =.5 х /0 "'L)
K=2K/0 5
I(=IO S
о
20 1,0 80 80 /00 120
ЛРl1ращение температуры, ос
Рис. [4,35. Диаrрамма, изобража-
ющая характеристики адиабатиче
u
скои ШПРИЦ ]\1ашины.
164
Изотерны
fltJиаоотичеснut1
процесс
..
--Q
IЗ/
98
88
с:) 'ЗJ
Изот ерн U че CKUt1
процесс
...-...
........".
"
...... --
........
о
28 58 81,
ПерелаtJ
4- otf/ceH .,
/-
51 о '" J otf/ се/(.
580 680 200}сек..
112 11t0 168 196 22ч. 252'
iJо8лен'ut1 p J Nf'/CH2
Рис. 4,36. Диаrрамма, изображающая рабочие характеристики
адиабатической шприц машины в виде заВИСимостей произво
дительнОСТИ ОТ давления., выlис.пеиныыx ДL1]Я раз.ЛI-iЧНЫХ чисел
оборотов червяка.
.
'.РАВНЕНИЯt ОПI СЫВАЮЩI-1Е ТРАI1СПОРТИРОВк.у СЫПУЧИХ МАТЕРI-1АЛОВ 253
..... А
'<:8"Т
Уравнения, описывающие транспортировку
СblПУЧИХ материалов
До сих пор рассматривалось течение в канале червяка только
полностью распvтrавленноrо материала. Однако, поскольку пита
ние шприц--машины осуществляется rранулами термопластичноrо
материала, необходимо таl{же рассмотреть процесс переДВJ-Iжения
нерасплавленных частиц в зоне питания червяка. Как будет по-
казано, в настоящее время уже разработаны вполне правомер
ные методы теоретическоrо подхода, позволяющие анализи..
ровать процесс передвижеIIИЯ rранулированноrо 1атериала через
.зону питания червяка.
Теория транспортировки сыпучих материалов
В зоне питаНI1Я шприц"машины rранулы термопластичноrо
,материала находятся в нерасплавленном состоянии и пласти..
ческая маСС.а не смачивает маталлических стенок. Поступающий
u .
материал заполняет винтовои канал червяка и продвиrается по
нему. Т ак как объем витка винтовоrо канала по мере )'даленияот
заrрузочноrо окна уменьшается, перемещаюu иеся. вдоль канала
частицы материала преодолевают сопротивление, которое вызыва..
..ет увеличение давления ВНУ1'рИ УПЛОТНЯlощеrося тверДО,rо м а...
"териала.
Если питание машины осуществляется порошкообразным или
мелкоrранулироваНlfЫМ материалом (похожим по структуре на
. ,сто,ловую соль), возникающее в объеме I\1атериала трение между
-отдельными частицами делает процесс ero транспортировки в не..
котором роде подобным вязкому течению., что позвОляет исполь..
.зовать для расчета уравнения течения, выведенные для жидкости.
Получающаяся при этом ошибка не превышает --+: 10 %, т. е. лежит,
с точки зрения требований инженерноrо расчета, в допустимых
пределах.
Однако на практике rораздо чаще приходится иметь дело с
'транспортировкой сферических, кубических или цилиндрических
rранул термопластичных смол, размер которых составляет
.2,5 ,, 5,4 мм. При таких размерах частиц поступающеrо из бун--
'l{ера материала относительное движение отдельных rранул в
u
'заrрузочнои секции червяка полностью отсутствует и материал
.ведет себя как твердый упруrий стержень. Такой стержень. со..
при касается со стенками канала и в нем может развиться давление.
Если червяк и корпус машины обраб01'аны по одинаковому
классу чистоты и имеют одинаковую температуру, коэФФициент
"'трения между пластическим материалом и поверхностью червяка
и между пластическим материалом и поверхностью корпуса будет
254
rл. IV. ШПРИЦЕВАI"iИЕ
J
......... ...
".--
ть.
одинаковым. В этом случае транспортирующая способность за..
rрузочной зоны может быть определена из следующеrо выраже
ния 24 :
. . 2Dh (D
h) tg А tg СРЬ
tg е + tg 9Ь
( 137)
объемный расход rранулированноrо материала;
скорость вращения червяка (об./ед. времени);
"" внутренний диаметр корпуса или, если пренебречь за
'-'
зором) наружный диаметр червяка;
h rлубина винтовоrо канала;
8 "" уrол движения наружной поверхности твердоrо стержня;
<Рь уrол подъема винтовоrо канала на наружном диаметре
червяка.
Для Toro чтобы можно было оценить величину объемноrо;
расхода, необходимо знать значение уrла 8, определяющеrо На....
правление движения твердоrо упруrоrо стержня относительно.
плоскости, перпендикулярной оси червяка. Уrол 8 можно опре
делить из следующеrо уравнения:
rде qs
N
D
cos8
k sin 8 + С (К sin <Ps + с СО5 <Ps) + 2t h (КС tg <?s + Е2) +
Р2
Рl
(138)
rде
С
Е (tg ера + fs)
1 f s tg 9а
D 2h
D
(139)
к
( 140)-
.
CPs уrол подъема винтовоrо канала у сердечника червяка-;
СРа уrол подъема винтовоrо канала на среднем диаметре канала
t "" шаr винтовоrо канала;
Е D h .
D '
L длина заrрузочной зоны, замеренная вдоль оси червяка;
fB коэффициент трения между rранулами материала и поверх -
ностью корпуса;
fs коэффициент трения между rранулами материала и поверх
ностью червяка;
'u
Pl,P2 давление в начале и конце заrрузочнои зоны.
Если предположить, что коэффициент трения между материа
лоl'Л и червяком прене6ре)КИl\10 мал, и увес.1Jичение давления в KaHa -
ПРОЕI(ТИРОВАНИЕ ПЛАСТИЦИРУЮЩl-iХ ШПРI1r МАШИН
255
.
ле червяка отсутствует, то для этоrо чисто теоретическоrо случая
уравнение (137) принимает простую форму: '/ i
; - I
, ,
. тc 2 D 2 h cos <Рь sin <р ь; : .i (141)
,
Величина объемноrо расхода, вычисленная из уравнения (141),
точно в два раза превышает объемный расход, который имел бы
место, если бы материал был жидким и в нем была возможна дe
фор-мация сдвиrа. Друrой упрощен'ный вариант уравнения (137)
можно получить, если предположить, что материал не соприка..
сается с передней стенкой канала. Такое положение, предполаrаю..
щее, что в транспортируемом материале не происходит увеличе..
ния давления, в действительности наблюдается в первых несколь..
ких _ витках заrрузочной зоны (в червяках с L/D 20: 1). Длина
этоrо участка составляет от шести до восьми ВИТКО8:
cos е .. к siп ер t С (К siп CPs + cos <?s)
( 142)
Проектирование пластицирующих шприц машин
Все теории шприцевания, изложенные в предыдущих раз
u
делах настоящеи rлавы, рассматривают только процес.с переме...
щения вязкоrо или rранулированноrо материала по каналу червя..
ка. При проектировании шприц",машины, предназначенной для пе...
реработки термопластичных материалов, кроме этих двух .процес..
еов,. необходимо рассмотреть также сложные процессы размяrче
ния, уплотнения и транспортировки материала, протекающие в
перехо,ДНОЙ зоне червяка. Однако вследствие большой С.}lОЖНОСТИ
u u
И кр.аинеи запутанности различных процессов, протекающих
одновременно в зоне перехода, до настоящеrо времени не удалось
разработать общих теоретических методов, которые моrли бы
быть использованы для аналитическоrо расчета характеристик
этой зоны червяка. Именно существование подобной неопределен"
u
ности В теОрI1И переходнои зоны приводит к 1 I ОМУ, что шприцева
ие теРlVlпопластичных материалов в настоящее время не ЯВtl1'Jяется
пол:ностью на,учно обоснованным теХНОлоrическим процеССОIvI.
Подробное описание технолоrии шприцевания термопластов
приводится ВО мноrих работах27 29, 38,63,72, В моноrрафии, BЫ
..шедшей под редакцией Ренфру и: lV\.opraHa, Кеннавей и Уикс 38
рассматривают применение ранее разработанных теорий шпри..
цевания к проеКТI--Iрованию шприц машин Для переработки поли..
.этилена-. В этой работе авторы различают два типа червяков:
"так называе1\f.ые «неоrраниченные» червяки, производительность
.... u
которых определяется заrрузочнои зоно", и «оrраниченные»
u
. -червяки, у которых последнии участок червяка оrраничивает
256
--.r
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
....
величину расхода материала, не давая ему .достиrНУ'fЬ значении,
которые моrли бы обеспечиваться производительностью зоны
заrрузки.
Дополнительные сведения по вопросу проектирования шприц..
машин для переработки полиэтилена содержатся в статье Мак..
КеЛВI-1 4О и недавно опубликованной статье Маддока 45 , KOTOpbIii
приводит таI(же обзор основных положений теории шприцевания.
Обширные данные о работе шприц.машин для переработки поли
этилена можно найти у rаспара 31 , который особое внимание обра..
щает на суммарный термический коэффициент полезноrо действия.
Бек 6 опубликовал ряд статей, в которых изложен опыт эксплуа--
тации быстроходных шприц"машин, работающих в адиабатичеСКО11
режиме. MHoro интересных сведений можно найти также в статьях
Уитката 7 , Аткинсона и Оуена 3 , Фишера 27 ,28 и Бейжента 5 . В по
следних двух статьях рассмотрены не только одночервячные,
но и мноrочервячные шприц"машины.
Серьезный пробел, существовавший до последнеrо BpeMeHll
в технолоrическом аспекте теории шприцевания, был восполнен
статьей Маддока 44 , rде рассмотрены различные факторы,
влияющие на качество материала, выходящеrо из одночер"
вячной шприц"машины. Было показано, что однородность
шприцуемоrо материала определяется произведением rрадиента
скорости на продолжитеJ1ЬНОСТЬ пребывания материала внутри
машины. Как будет показано ниже, к аналоrИЧIfЫМ выводам при..
шли также Мор, Секстон 11 Джепсон 51 , использовавшие rидроди"
u
намическую теорию шприцевания для количественнои оценки
смесительноrо эффекта, реализуемоrо в шприц"машине. ПричеlVl
в качестве OCHoBHoro критерия эти авторы примени,}'[и величину
деформации сдвиrа, которому подверrается перерабатываемый
в машине расплав.
Теория и проектирование
При изучении работы шприц"машины целесообразно рассмат..
u
ривать характеристики каждои секции червяка в отдельности.
Так, зона питания червяка должна обеспечивать захват rранули
pOBaHHoro материала у заI"'рузочноrо отверстия и транспорти
. u
ровать erO вдоль оси червяка с заданнои производительностью.
В зоне плавления rранулы материала размяrчаются и уплотня
ются, превращаясь в результате в жидкую, не содержущую пустот
массу. Размяrчение материала обычно происходит за счет вяз
Koro трения и тепла, подводимоrо от наrревателей корпуса. Зона
дозирования должна обеспечивать дальнейшую rомоrенизацию
расплавленноrо материала и подачу ero под определенным дав..
лением к rоловке.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАСТИЦИРУЮЩИХ ШПрИЦ МАШИН 257
...
Такое функциональное деление червяка на различные зоны
в действительности может и не совпадать с фактическим распреде-
.пением физических состояний материала В особенности это ка...
u v
сается rраницы между зонои питания и зонои плавления, которая
u
на практике определяется не очень четко, и положение которои
u
В значительнои мере зависит от таких характеристик режима
шприцевания, как температура корпуса, скорост.ь вращения
червяка и ПРОИЗВОДIiтельность машины. Поэтому точное совпаде--
ние фактических и теоретических rраниц каждой из зон ЯВ 7Iяется
. u
чисто случаиным.
rраница между зоной плавления и зоной расплава обычно
также выражена очень нечетко. В настоящее время в большин...
стве случаев на конце червяка наХОДlfТСЯ так называемая дозирую-
щая зона, которая существенно отличается от остальных частеlI
червяка. .
Если дозирующая зона правильно спроектирована и чер як
работает в НОрl\1альном режиме, то rраница между З0НОЙ плавле..
ния и зоной расплава обычно располаrается либо между сек...
циями червяка, либо несколько смещается в сторону зоны плав
ления. Обычно длина дозирующей зоны составляет от четырех
до шести диаметров. r лубина винтовоrо канала на участке до-
зирующей зоны большей частью меньше, чем в предшествующих
ей зонах. В правильно CKOHCTPYl1poBaHHoM дозирующем чер-
. U
вяке дозирующая зона ЯВ ТIяется тои частью tlервяка, которая
определяет величину производительности машины.
Червяки с дозирующей зоной обладают рядом конструктивных
и эксплуатационных преимуществ Поскольку производитель..
ность неrлубокой дозирующей зоны сравнительно мало зависит
от колебаний давления, дозирующая зона оказывает стабили..
зирующее влияние на производительность шприц машины. Су-
ществование более BbIcoKoro rрадиента скорости на участке до...
зирующей зоны также очень желательно, так как этим обеспечи..
вается большая механическая и температурная однородность
шприцуемоrо материала. С конструктивной, точки зрения суще..
ствование дозирующей зоны весьма целесообразно, так как раз..
работанные rидродинамические теории шприцевания расплава
MorYT применяться с наибольшей ДОСТоверностью для расчета
этой секции червяка, I{оторая, I<aK было отмечено выше, опре...
деляет производитеJlыIостhh машины.
Зона питания. Обычно проектирование зоны питания произ
водится так, тобы на всех режимах работы все последующие
зоны получали достаточное количество материала. Это 0значае1',
что производительность зоны питания намеренно завышается ДJIЯ
Toro, чтобы количество подаваемой смолыI всеrда превышало необ..
ходимое. Поэтому на праКТИI(е расчеты очень редко произво"
17 Переработка термопластичных материалов
258
....
с'л. IV ШПРИЦЕВАНИЕ
.. ...
ДЯТСЯ по уравнению (137). Обычно для конструктора оказывает-
u
ся достаточно тои точности, какую дает применение упрощенноrо
уравнения.
Конструкторы..практики в настоящее время располаrают
рядом удовлетворительных методов приближенной оценки произ-
водительности зоны питания, KOTopbIe t как показывает опыт,
приводят к вполне приемлемым результатам. Основная ценность
использования более полноrо и точноrо уравнения заключается
не в том, что оно позвол,яет произвести более точный конструктив--
u
ныи расчет, а скорее в том, что при помощи этоrо уравнения
можно выявить и оценить влияние каждоrо фактора в отдельности.
Анализ зависимости величины удельной производительности
qsl N от друrих параметров, входящих в уравнение (137), пока-
зывает, что увеличения про из водите ль ноет и зоны питания можно
добиться следующими способами 4 : 1) увеличением rлубины ка..
нала; 2) уменьшением коэФ=l>ициента трения между материалом
и- чеРВЯКО J; 3) увеличением коэфрициента трения между материа-
лом и корпусом; 4) выбором уrла подъема винтовоrо канала,
который обеспечивает максимальную производительность зоны
питания для даНноrо KOHKpeTHoro значения коэффициента тре--
ния между червяком и материалом. _
Справедливость этих выводов убедительно подтверждается
накоплеlIНЫМ опытом. Обычно винтовой канал червяка на участке
зоны питания имеет наибольшую rtJТ"Iубину. На практике пределом,
оrраничиваЮЩИlVl rлубину канала червяка на участке зоны пита':'
ния, является прочность сердечника червяка. Для уменьшения
коэф:рициента трения KaHaJl червяка тщательно шлифуется,
а затем полируется или хромируется. Можно также отметить,
что периодическая чистка и полировка поверхности червяка зна..
чительно улучшают работу секции питания. увеличивая ее по.
даlОЩУЮ способность. Совершенно иначе обстоит дело с обработ-
u u
кои внутреннеи поверхности корпуса, которую не C«.ТIeдyeT делать
слишком rладкой. Качество обработки поверхности должно быть
таким, чтобы обеспечивать удовлетворитеЛЬНУIО очистку корпуса
, ' ,
, ,
от материала.
Некоторое предстаВ 1ение о подающей способности червяка
при транспортировке rранул можно получить, сопоставляя значе
ния заключенноrо - в скобки триrонометрическоrо, выражения,
входящеrо в уравнение (137). Значение этоrо выражения зависит
как от величины уrла подъема винтовоrо канала <р, так и от уrла
8, характеризующеrо' направление движения rра'нулированноrо
материала.
Величина уrла е является функцией коэффициентов трения
rранулированноrо материала о поверхности червяка и корпуса
l\:Jашины.
ПРОЕКТIIрОВАН IЕ ПЛАСТУIЦИРУЮЩ IХ llII1РvIll МАШИI.-I 2;-)9
На рис. 4,37 приведены значения этой функции для червяка
с диаметром 50,8 ММ и rлубиной канала 10,3 ММ. Приращение
давления отсутствует. Коэффициент tpeI-IИЯ большинства плас..
тических масс лежит в диапазоне 0,25 0,50 (большей частыо
он равен 0,4 0,5). Поэтому наилучшие результаты обеспечи..
вает винтовой канал с уrлом подъема 17 200. На практике наи..
большее распространение получил уrол подъема 17042', при
котором шаr равен диаметру, так как при этом не только обеспечи..
вается достаточно хорошее питание, но также существенно упро..
щае-rся технолоrия изrотовления червяка.
Для нормальной рабо
ты .дозирующеrо червяка
необходим.о, чтобы произ..
водительность зоны пита..
ния была достаточна для
полноrо заполнения винто
....
BorO канала дозирующей
зоны. У червяков с по...
стоянным шаrом добиться
этоrо можно только при
УСЛОВИII, что rлуБI1на вин
TOBoro канала на участке
зоны питания будет в три
раза больше rлубины ка..
нала на участке дозирую..
щей зоны. Если степень из..
менения rлубины канала
зоны питания будет недо..
статочна, то дозирующая
зона может оказаться на
некоторых режимах работы неполностью заполненной, что при...
u
водит к неустоичивому, а иноrда и прерывистому выходу шпри
цуемоrо материала. Напротив, если степень изменения объема
одноrо витка канала червяка слишком велика, производитель..
ность зоны питания может оказаться очень большой. В результате
U u
может произоити переrрузка ДОЗИРУЮlцеи зоны, что приводит К
колебаниям производительности и получению неоднородноrо Из
делия _ .
Следует отметить, что широко распространенный в промЬJШ
ленности термин «.степень сжатия», которым обозначается относи
тельное изменение объема или rлубины канала, может привести
к ложному пониманию существа процесса. Увеличение давления,
которое обычно наблюдается в так называемой «зоне питания».
представляет собой незначительное приращение давления в ре..
зультате нормальноrо HacocHoro эффекта" возникающеrо вслед..
о,З
Ц2
...c::.'
a2
t:n '
+
С:Ь,.,..... .
Qj 01
t:n I
+.J
O
0,8
/0° 200 300 400 500
!/ёОЛ оiJъена 8инто80ео 8
конала Ф
О
Рис. 4,37. Зависимость триrономеТРIIчес
кой функции от величины уrла подъема
винтовоrо канала- червяка диаметром
50,8 мм, вычисленная для типовой заrру
зсчной зоны с rлубиной I<анала 10,2 ММ
при различных значения х коэqфициента
трения пластмассы по червяку fs.
цифI:ы1 На К1=.НЕых эначение Ееличины f s.
J 7*
260
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
.......
ствие винтовоrо течения расплава. Для Toro. чтобы оценить ве..
личину этоrо приращения, можно воспользоваться уравнением,
аналоrичным по форме уравнению (112). Некоторое сжатие Ma
'териала возникает под действием даВ.ТlеIIИЯ боковых стенок, ко...
торое является следствием Toro, что нерасплавленные твер,дые
tI
rранулы материала с силои перемещаются вдоль канала умень"
шающеrося поперечноrо сечения. Только в этом СМЫСЛе TepMIIH
«сжатие» имеет какое..то значение. Однако даже в этом случае сле"9
дует иметь в виду, что такое с}катие материала, возникаЮlI ее
. ,....
вследствие давления стенок, не вызывает сколько-ниоудь замет..
HOro увеличения rидростатическоrо давлеНI1Я. Давление дей..
ствительно увеличивается, но это увеличение оБУСЛОВJlивается
В основном существованием сопротивления движущемуся сыпучему
rраllулированному или расплавленному матерI1алу.
Поэтому в дальнейшем вместо термина «степень сжатия» будут
использоваться термины «степень изменения объема» или для чер'"
вяков пос rоянноrо шаrа «степень изменения rлубины канала».
Обычно у большинства применяемых в машинах червяков
степень изменения объема составляет от 3 : 1 до 4 : 1. Чтобы
понять, почему она имеет такое зна'Iение, будем рассуждать
С/Iедующим образом:
1) В канале вра'щающеrося червяка максимально теоретически
возможный объемный расход твердоrо недеформирующеrося ма..
териала вдвое превышает объемныIй расход ЖI-IДКОСТИ, подверrаIО-
щейся деформации сдвиrа [см. уравнение (141)1. Этот случай
соответствует течению, подобному движению тверДОllО стержня*.
2) Насыпной вес rранулированноrо в форме кубиков или
цилиндров пластическоrо материала составляет примерно поло
вину удельноrо веса расплава этоrо же материала. '
3) Вследствие проскальзываНIIЯ и местных заторов факти..
ческая производительность зоны питания составляет 30 50 ..6
от теоретической, приближаясь в среднем к 40? .. Часто эта ве..
личина зависит также и от скорости вращения червяка.
4) Обычно }{олебания в производительности зоны питания,
.
возникающие вследствие проскальзывания, прилипания и мест..
ных заторов, составляют около 1: 10 6. ОДI-Iако для Toro, чтобы
исключить возможность недостаточноrо питания, необходимо,
чтобы колебания с отрицательным знаком отсутств.овали. Поэтому
ко.IlебаНJIЯ должны составлять от О до + 20 %. Объединяя все
эти факторы, можно оцеНIIТЬ минимальную величину степени
* Это стержневое течен е не следует рассматривать как некоторую анало..
rию движения типа винт и rайка. Чтобь! пояснить эту мысль. рассмотрим червяк
с бесконечно БОЛЬШИТ\f шаrом. rвйка, навернутая на такой червяк, перемещается
с бесконечно большой скоростью, в то время как «стержневое» течение в этих
условиях не обладает никакой поступительной скоростью.
ПРОЕктирОВАНИЕ ПЛАСТИЦИРУЮЩИХ ШПРИЦ МАIIIИН
261
изменеНIIЯ объема одноrо витка зоны питания ОТIIосительно дози.
рующей зоны. При ПОСТОЯННО}I величине шаrа необходимая степень
. изменеНJIЯ rепубины канала равна:
1 2 1 1
С. D. R. == 2 . 1. о 4U . 1 О O == 3, 1
, ,
в качестве 11римера ИСIIОЛЬЗ0вания упрощенноrо уравнения
r уравнение (142)] рассчитаеl\tI ПРОI1зводительность 30IfbI питания
типичноrо червяка, предназначенноrо для переработки полиак-
рила1'ОВ.
Размеры заrРУЗОЧIIОЙ зоны:
Шаr t 58,2 JtM
Диаметр D 50,8 мм
rлубина канала Il .. 1212 hlM
cos s 0,809
siп CPs 0,588
Х арак.теристика смолы:
Коэффициент трения 0,5
НаСЫI1НОЙ вес 0,613 2/с.м а
.
с
D h
D
D 2h О 51
D ,
7r. 0,372; СРь 20024/
0,755
Е
tg ер ь
. t О
tg СРа (D. . h) ,492; <Р а
t
tg ср s о , 7 28; ер s
7t(D . - 2h)
К , Е (tg ера + ts) - 0,997
1 fstg a
26018'
360
Определим величину уrла е из уравнения (142), пренебреrая
u
влиянием ширины стенки канала, контактом между I:ереднеи
u
стен кои канала и материалом, и давлением:
cos 8 К siп (3 + с (К siп fPs + с cos CPs)
cos (3 . 0,997 sin (3 + 0,508
(142)
262
r Л. IV ШПРИЦЕ'ВАНИЕ
.
............. ......d.
Это уравнение может быть решено или методо!\л последова..
тельноrо приближения или rрафически при помощи HOMorpaMMbl
приведенной на рис. 4,38, rде М определяется выражением:
М С (К sincps + Ccoscps) + (KCtg? + Е2) +
hE. (Е К . ) ] Р2
+ Lfb Sln СРа cos СРа + SJn СРа П Pl
В нашем КО,нкретном случае последние два ЧJJена уравнения
(143) равны нулю, а NI равняется 0,508.
11
O
(143 )
4
f) =50
0,8
(}==/ОО
'.0.9
й2 8:=250
О f} =300
q2 . L; t2 * 8 8 20
.8 800 8=700
. (}=/5 0
(}=20 0
,
i
Рис.. 4,38. HOMOrpal\IMa значений параметра М в зависимо'"
сти от К.
Таким образом, определяем, что уrол движения 8 240, от..
сюда tg6==0,445.
Подставляя в уравнение (137), получим:
qs 2 Dh (D h) tg е tg УЬ 45 6 С j"f3 jоб
N 1t t g EI + tg 9Ь , ю
Умножая эту величину н:) насыпной вес, получим, что произ...
водительнасть червяка равна 27,9 2 за один оборот.
Производительность червяка с такими rеоме,трическими раз-
i\1ерами при транспортировке полиакрилата «люсит 140» составила
в среднем 28,9 2/06. Первая серия опытов проводилась с черВЯКО!\1
и корпусом, поверхность которых имела среДНЮIО высоту шерохо '
ва70стей 8,1. 10 4 ММ. В этом Сиr:lучае коэффициеIiТ трения ме}кду
пластмассой и корпусом равнялся примерно коэффициенту Tpe
ния между пластмассой и червяком, т. е. 'b fs' допущение, KO
торое было сделан:о при выводе уравнения (137).
ПРОЕктИрОВАНИЕ ПЛАСТИЦИРУЮЩИХ ШПРl-IЦ МАШИН 263
"""""'11 17'"" r
Если внутренняя поверхность корпуса имела среднюю высоту
шероховатостей порядка 3,25. 10 З мм, т. е. трение между материа..
.лом и корпусом было несомненно выше, чем между матери алом
и червяком, величина' производительности составляла около
32,9 2/06. Опыты с корпусом, поверхность KOToporo была тщатель..
но отполирована до высоты шероховатостей 2. 10 4 M/t't, показали,
'что производительность уменьшилась до 24,3 2/06.
Переходная зона. До настоящеrо времени еще не разработаны
меТОДЫ математическоrо анализа работы переХОДRОЙ зоны, или
зоны плавления.
Опыт показывает, что жесткие термопласты с явно. выражен--
U u
нои температурои плавления, например полиамиды, лучше пере..
рабатываIОТСЯ червяками, у которых переход от rлубокой зоны
питания к J\lелкой дозирующей зоне происходит на неБОЛIJШОЙ
длине и составляет около одноrо витка канала или даже MeHЬ
ше. При переработке мяrких термопластов, таКИХ t как ра.з..
в(: твленный полиэтилен, длина участка, на К010ром изменяется
объем канала, не существенна и зона перехода может иметь в
д,пину от одноrо до пяти витков. Термину «зона перехода» в дан..
u
нои книrе придается два значения:
1) секция червяка, на котором размеры канала изме\lЯЮТСЯОТ
u
размеров зоны питания до размеров дозирующей зоны;
2) участок червяка, на котором происходит изменение
arperaTHoro состояния полимера (переход твердоrо тела в жид..
кость)
В тех случаях, коrда возможно двойственное толкование,
участок изменения arperaTHoro состояния будет именоваться
зоной плавления. В хорошо спроектированном дозирующем
червяке процесс плавления материала должен закончиться прежде,
чем материал попадет в дозирующую зону.
В зоне плавления rранулы материала наrреваются теплом,
поступающим в результате теплопередачи от стенок корпуса,
радиации, а также за счет тепла вязкоrо трения. Одновременно
u
изм няется характер движения материала, которыи' в начале
зоны движется как твердое тело, скользя и перекатываясь, за..
тем это движение переходит в проскальзывание с прилипанием
и, наконец, по мере разоrревания и плавления полимера пре..
вращается в ламинарное течение. Зона плавления может прости-
раться на оольшую часть длины червяка. Протяженность ее у
длинных червяков достиrает 12 16 диаметров, что часто состав..
u u
ляет около двух третеи всей длины червяка.
До настоящеrо времени задача разработки обоснованноrо
метода расчета наиболее длинной части червяка, зоны плавления,
ждет cBoero решения. На практике обычно длина зоны питания
намеренно завышается, а величина производительности реrули
264
rл. IV. ШПРИЦЕВАНl'IЕ
..
,
u
руется путем пр и мене ни я тщательно рассчитаннои насоснои ДО--
u u u
зирующеи зоны, расположенной непосредственно перед rоловкои.
Дозирующая зона. Проектирование дозирующей зоны червя
ка может быть выполнено полностью на основе разработанной
rидродинамической теории шприцевания. Примеры расчета ха..
рактеристик винтовых насосов для перекачивания расплавов
были приведены выше. Эти расчеты совершенно аналоrичны pac
u
четам при проектировании дозирующеи зоны шприц машины для
переработки пластмасс. Теоретически характеристика дозирую
u
щеи зоны должна определять все результирующие характеристики
шприц маШИНbl. На практике так и получается, если червяк рас..
считан правильно. Однако, анализируя характеристику дозирую
u
щеи зоны, нельзя рассматривать ее совершенно изо,пированно
от остальных частей червяка. Так как дозирующая зона препят
ствует свободному выходу материала из зон питания и плавления,
в OHцe заrрузочной зоны возникает избыточное давление. Это
давление, так же как давление, развивающееся в дозирующей
зоне, влияет на величину и направление противотока в дозирую..
щей зоне. Величина давления, развивающеrося на центральном
участке червяка, зависит как от насосных хараl{теристик зоны
питания и зоны плавления, так, и от степени дросселирования
потока, которая осуществляется дозирующей зоной. Некоторые
исследователц10, 11, 34, 38 уже при знают существование этоrо про--
межуточноrо давления, однако До настоящеrо времени еще не
разработаны методы расчета ero величины. Разработке этих
методов должно предшествовать достижение более ясноrо пони-
мания существа сложных процессов, происходящих в зоне плав
ления. В настоящее время величину этих промежуточных давле..
u
нии можно оценить TOcJТ'IbKO по экспериментальным данным.
Влияние промежуточноrо давления на производительность
шприц машины зависит rлавным образом от напорной характер и..
стики дозирующей зоныI. Если напорная характеристика дози..
рующей зоны располаrается полоrо (например, коrда rлубина
канала на участке дозирующей зоны невелика), то производи..
u
тельность машины оказывается почти нечувствительнои к этому
п'ромежуточному давлению. Такая характеристика наиболее же...
лательна, ,поскольку это промежуточное давление весьма He
u
постоянно и зависит от случаиных процессов, происходящих
в зоне питания и' зоне плавления.
Автору приходилось экспериментально исследовать распре--
деление давлений, устан'авливающееся в обычной шприц машине
с диаметром червяка 62 мм при шприцевании полиэтилена. Ти..
пичные результаты приведеlIЫ на рис. 4,39.
Кривая А 'изображает распределение давлений, соответствую
Iцее шприцеванию через rоловку с малым сопротивлением. ДаВсТlе--
ПРОЕКТI.1Р()Вj\Н IЕ ПЛАСТИЦИРУЮЩИХ ШПРИЦ МАШИН 265
r i
ние, развивающееся в заrрузочной зоне и зоне плавления, пре..
вышает давление на выходе из дозирующей зоны. В результате
противоток меняет направление и течет в сторону rоловки. Фак..
тическая производительность при этом превышает величину
расхода вынужденноrо течения. В этих условиях дозирующая
зона превращается в своеобразный дроссель.
350
Зона ллаtJлеНlIЯ
Зона питаНlIЯ
Дозирующая
. зона
,
. ЗОО r
..
250 / I
, 1
. "
I
--. "
200
/ I
/ I
!50 / ,
.
/
, /
. 100 ./ .,,--
/ -"'"
-"'" .".---
/ .
50 -"'" ,."
/ ".,
I
/. " ", -"'" 11
О ,." ,
Рис. 4,39. Распределение давления вдоль корпуса
...
пластицирующеи шприц машины.
Кривая В изображает распределение давлении, соответствую..
щее шприцеванию через rоловку с таким сопротивлением, при
· u
котором давление в начале и конце дозирующеи зоны почти
одинаково. В этом. случае величина производительности примерно
равна расходу вынужденноrо течения. .
Кривая С соответствует наиболее распространенному случаю,
при котором давление приблизительно равномерно увеличивается
u
по цсеи длине червяка.
Отношение длины червяка к диаметру. _ Н:еобходимость обеспе-
чить при шприцевании выход свободноrо от пульсаций равно--
мерно HarpeToro материала послужила причиной создания машин
с более ДЛИнными корпусами.
Если лет 10 тому назад шприц машины обычно имели корпуса
длиной около 12D, в настоящее время только несколько фирм
выпускают шприц машины для переработки пластмасс, у которых
266
J
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
.
отношение L/D меньше, чем 18: 1. Наиболее распространенное
значение отношения L/D лежит в интервале 20 : 1 и 24 ; 1. Су-
ществуют машины, длина корпуса которых Достиrает 30 диаметров.
Однако в большинстве случаев эти машины предназначены для
деrазационных процессов. С увеличением длины машины увели..
чивается эффективность смешения перерабатываемоrо материала..
Увеличение длины корпуса позволяет увеличить при заданной
производительности однородность шприцуемоrо материала, или,.
.
если это позволяет мощность привода, повысить производитель
ность, не снижая качества шприцуемоrо изделия.
При выборе HOBoro оборудования часто оказывается, что за...
данная производительность может быть обеспечена двумя раз--
личными шприц"машинами, прицем. для машины MeHbInero диамет
ра она является максимально возможной, а для машины боль--
шеrо диаметра номинальной. В этом случае приходится выбирать
между машиной с более длинным корпусом, но с меньшим диа..
метром червяка и машиной с большим диаметром червяка, но с
обычным отношением длины к диаметру.
Если червяки обеих машин были сконструированы правильно
и обеспечивают передачу необходимоrо количества энерrии
шприцуемому материалу, то мощность, потребляемая каждой из
машин, независимо от типа машины, будет одинаковой. Так как
при этом размеры и стоимость привода обеих машин будут при...
мерно равными, применение машины с червяком меньшеrо диа
метра, но с большей относительной длиной, не дает никакоrо
ощутимоrо экономическоrо эффекта. Кроме Toro, следует иметь
в виду, что шприц машина большеrо диаметра обладает большей
rибкостью при подборе режима переработки различных пласти...
ческих масс и позволяет осуществить больше различных техноло...
rических процессов. .
Мощность, потребляемая пластицирующей шприц-машиной
При расчете мощности, потребляемой пластицирующей шприц...
машиной, необходимо, во"первых, оценить суммарную энерrию"
которую нужно сообщить материалу для Toro, чтобы расплавить
ero и выдавить с заданной производительностью. BO BTOpЫX,
следует определить, сможет ли шприц машина передать материалу
всю эту энерrию, и если сможет, то KaJ{ эта энерrия будет pac
пределена между червяком, который сообщает ее в форме работы
вязкоrо трения, и наrревателями корпуса, передающими ее в
виде тепловой энерrии.. Кроме Toro, желательно составить пред--.
ставление о том, нужно ли охлаждать корпус для Toro, чтобы.
удалить избыточное тепло, выделяющееся в результате диссипа
u u
дии механическои энерrии, осуществляемои червяком.
ПРОЕКТIIРОВАI-iI.ТЕ ПЛАСТ IЦИРУЮЩИХ шприц МАшин
.r
267
Минимальная мощность, необходимая для шприцевания.
В пластицирующей шприц-машине, для Toro чтобы расплавить
u
rранулы в зоне ПI1тания, HarpeTb расплав до заданнои температуры
и выдавить расплав через матрицу, преодолевая при этом возника..
ющее в матрице противодавление, необходимо затратить опре-
деленное минимальное количество энерrии. Определение величины
о u u
этои энерrии является чисто термодинамическои задачеи, которая
совершенно не зависит от конструкции шприц-машины.
Если принять, что полимер несжимаем и пренебречь незна..
чительными инерционными эффектами, то уравнение энерrети-
ческоrо баланса для находящеrося в корпусе машины материала
6у дет иметь вид:
'2
Z ! .
lJ.w
,
tl
pCpdt + V p + 1.
( 144 )
rде Z суммарная мощность, расходуемая на шприцевание
паЛИМ,ера (Z Zчервяка+ lнаrревателей Zохлаждения);
u
gw массовыи расход полимера;
t 1 t2 соответственно температура полимера на входе и на
выходе;
С р удельная теплоемкость полимера
V удельный объем полимера (V l/р);
p разность между давлением на выходе из червяка и
давлением на входе;
теплота плавления полимера.
Обычно членом V p можно пренебречь, так как даже для
u
сравнительно высоких давлении шприцевания, достиrающих
700 кТ /см 2 , величина этоrо члена у большинства полимеров не
превышает 10% суммарной потребляемой мощности. Таким обра-
зом, энерrия, необходимая для переработки полимера, будет
равна:
z
qw
t2
411
pCpdt + А
(145 )
'1
Следовательно, для Toro чтобы определить удельный расход
энерrии при шприцевании полимера, достаточно знать ero тепло-
емкость и скрытую теплоту плавления. Для основных типов при-
.меняющихся на практике полимеров эти данные приведены в
u
,-третьеи части.
Используя уравнение (145), можно рассчитать энерrию, необ-
ходимую для шприцевания полимера. На рис. 4,40 приведены
268
r л. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
""'ч" ....
..
результаты TaKoro расчета" выполненные для полиэтилена, KOTO
рый заrружается в машину при 25 ос. rрафик позволяет очень
быстро определить величину удельноrо расхода энерrии в зависи
мости от температуры шприцевания. Так, для 200 ос удельный
расход энерrии должен составить 0,18 квт. Ч//Q. Следовательно, для
Toro что.бы шприцевать 45 /Q/Ч, необходимо затратить на это мощ
ность В 8,1 юзm.
1229"
, QZ8
("'.)
12228
4/95
c:::t"<S
' 4/83
({/З
::))
q097
п
j
1
1
I I
I
/40 180 /80 200 220 240 280 280 300
Те/'1пеfJdт!/рtl ос
Рис. 4,40. Удельный расход энерrии на шпри
цевание разветвленноrо полиэтилена (началь
ная температура 25 ос, удельный вес при
нормальных условиях 0,925 Z/CM 3 ).
Удельная энерrия шприцевания большинства перерабатывае--
. мых на практике полимеров лежит в диапазоне 0,13 0,234 квт. Ч/1(2.
Если пренебречь теплом, которое подводится от наrревателей
. u
корпуса, то можно считать, что каждыи киловатт мощности при..
вода обеспечивает производительность от 3,7 до 7,4 кz/ч.
Мощность, фактически потребляемая червяком. В предыдущем
параrрафе было показано, что для шприцевания полиэтилена
при 200 ос и производительности 45 К2/Ч расходуется 8, 1 юзт.
О дна ко нельзя быть уверенным в том, что червяк, воздействуя
на rранулы и расплав, преобразует в тепловую энерrию точно
8,1 юзт. Количество энерrии, которое будет сообщено червяком
полимеру в виде механической работы, существенно зависит от
физико"механических и тепловых характеристик rранулирован"
Horo полимера и ero расплава.
В рассмотренном выше примере, если бы червяк сообщал Ma .
териалу только 7,36 юзт и от наrревателей корпуса не поступало
u
дополнительнои энерrии, температура расплава на выходе по
низилась бы до 185 ос. На практике предпочитают именно такой
режим работы, так как при этом удается до некоторой степени
. u
управлять извне температуром шприцевания.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАСТИЦИРУЮЩИХ ШПРИЦ МАШИН 269
r
При шприцевании ПОЛИ Iера с более высокой вязкостью для
поддержания производительности, равной 45 К2/Ч, потребовалось
бы увеЛИЧJIТЬ затрачиваемую мощность до 8,8 квт. При этом для
Toro, чтобы сохранить заданный температурный режим шприцева
ния (200 ос на выходе), приш.пось бы отводить часть выделяющеrося
тепла.
Вследствие чрезвычайной сложности процесса шприцевания
термопластов точно рассчитать велJPIИНУ потребляемой при
шприцевании мощности почти невозможно. Поэтому определение
величины потребляемой мощности приходится производить, ос-
новываясь rлавным образом на данных, полученных при эксплуа..
таци.и оборудования аналоrичной конструкции.
Для учаСТI{ОВ, червяка, в которых наблюдаt ТСЯ ламинарное
течение расплава, можно пользоваться выведенными выше урав..
нен-иями, описываюш.ими диссипацИЮ энерrии в винтовых Haco
сах, перекачивающих рНСПЛ2ВЫ. Эти же уравнения позволяют
предсказать характер изменений величины потребляемой мощности
с изменением вязкости расплава, скорости вращения и rеометри"
ческих размеров червяка.
Моделирование ПJlЗСТИЦИРУЮЩИХ шприц"машии
Применение теории подобия к моделированию рабочеrо про..
цесса в rеометрически подобных шприц машинах, работающих
как в изотермическом, так и адиабатическом режимах, рассматри
валось мноrими иссдедователями 2О , 34, 68.
rеометрически подобными шприц машинами называются Ta
кие две машины, все rеометрические размеры которых связаны
друr с дру.rом одним и тем .же коэффициентом пропорционально--
сти х. liетрудно показать, что если пренебречь теплопередачей
u
от внешнеи поверхности корпуса в окружающую среду, то у reo..
метрически подобных шприu",машин, работающих как визотерми"
ческом, так и в адиабатическом ре}l(име, величина развивающеrося
давления при одинаковой скорости вращения червяка будет оди...
накова. r-1риращение температуры в rеометричеСI<И подобtlых адиа---
батических шприц"машиных при одинаковой скорости вращения
tlервяка также одинаково. Производительность и потребllяема}!
мощность. большей маUIИНЫ возра(тают пропорционально }{убу
коэффициеlIта rеометрическоrо подобия. '
В действительности эrоrо увеличения ПрОИзводительности,
пропорциональноrо третьей степени масштабноrо фактора, почти
никоr.да не удается получить, особенно в тех случаях, коrда
теплопередача иrрает значительную роль в рабочем процессе.
При работе шприц"машины в ней всеrда существуют процессы
теплообмена. Это неизбежно даже при работе по так называемому
«адиабатическому» режиму, в ]{отором по определению отсутст"
270
r л. IV. ШПРИЦЕВАI-IИЕ
..
..
вует теплообмен с окружающей средой. Однако даже в этом слу
чае происходит передача тепла в канале, по телу червяка и стен..
{(ам корпуса, а также по заполняющему канал расплаву. На прак
тике избеrают работы в чисто адиабатическом режиме, предпочитая
.сохранять в некоторой степени теплообмен с окружающей средой,
так как наличие этоrо теплообмена увеличивает возможность
независимоrо управления температурным режимом процесса.
Интенсивность, с которой тепло может подводиться к Ma
териалу за счет теплопроводности, изменяется примерно пропор"
ционально квадрату коэффициента rеометрическоrо подобия,
т. е. она пропорциональна площади поверхности корпуса. Если
бы все тепло, необходимое для шприцевания материала, подводи..
лось только извне за счет обоrрева стенок корпуса, то в этом прак'"
тически неосуществимом случае производительность пластицирую"
щей шприц машины была пропорциональна квадрату коэффициен
та rеометрическоrо подобия. Это указывает на то, что если червяки
rеометрически подобны, то скорость вращения червяка, имеющеrо
больший диаметр, должна быть меньше для Toro, чтобы окружная
скорость была одинакова. Б этом случае производительность
большей машины превышала бы производительность меньшей
машины в х 2 , а не в х З раз. '"[олько тоrда интенсивность теПJIО"
передачи была бы достаточна для поддержания температуры
материала в большей машине на том же уровне, что и в меньшей.
Кроме влияния, оказываемоrо коэффициентом rеометриче
CKoro подобия на скорость плаВJlения, необходимо учитывать связь
ме)кду коэффициентом подобия и степенью температурной не..
однородности расплава. Даже если бы все сообщаемое жидкости
тепло являлось результатом механической работы червяка и
теплопередача от стенок корпуса отсутствовала, то и в этом слу..
чае вследствие HepaBHoMepHoro распределения механическо й
энерrии по сечению канала внутри жидкости существовали бы
температурные rР;:!ДиеН1 Ы. Кольцевой зазор между наружной
u
поверхностю чеРВЯI(а и внутреннеи поверхностью корпуса яв..
ляется областью интенсивноrо тепловыделения, так как сущеСI
вующие в нем rрадиенты скорости очень высоки. Более Toro,
rрадиент скорости в плоскости нормальноrо сечения канала также
llретерпевает очень большие изменения (см. рис. 4,15 ,. 4,20).
Время пребывания материала в канале червяка, необходимое
u
ДtllЯ достижения заданнои степеНI1 однородности темпераТУрllоrо
поля за счет тепла, выделяющеrося в результате работы вязкоrо
1 рения, прибли ительно пропорционально квадрату rлубины
канала. Это означает, что даже при работе по чисто адиабатиче--
скому режиму, при котором интенсивность тепловыделения про...
порциональна кубу коэффициента rеометрическоrо подобия, TeM
пературная однородность. (качество) шприцуемоrо материала в
ПРОЕКТирОВАНИЕ ПЛАСТИЦИРУЮЩИХ ШПРИЦ МАШИН
271
машине большеrо размера будет хуже по сравнению с машиной
меньшеrо размера. Эта неравномерность увеличится в еще 60ЛЬ
шей степени, если часть тепла будет подводиться со стороны на..
u
rревателеи корпуса.
Для Toro чтобы добиться одинаковой степени температурной .,
одн,ородности материала, шприцуемоrо на машинах с ра3ЛИЧНЫ II
диаметрами червяков, необходимо или уменьшить скорость враще
ния червяка большей машины или уменьшить у нее rлу6ину Ka
нала по сравнению с той, которая должна была бы .иметь место
при соблюдении rеометрическоrо подобия. В большинстве слу
чаев предпочитают пользоваться сочетанием обоих этих методов.
UJироко распространен прием, при котором rлубина канала YBe
личивается пр()порционально корню квадратному из коэффициен"
та rеометрическоrо подобия. Одновременно скорость вращения
червяка т.акже уменьшается на корень квадратный из RОВффИ"
циента reoMeTp ическоrо подобия 25 . . ,
Независимо от Toro, какой способ применяется для уменьше..
u
ния .температурнои неравномерности шприцуемоrо материала,
во всех случаях результатом является уменьшение производи..
тельности большей шприц"машины по сравнению с величиной,
получающейся при cTporoM соблюдении rеометрическоrо подобия
и пропорциональной кубу коэффициента подобия. Возможное
увеличение производительности rеометрически подобных пласти
цирующих шприц"машин в значительной мере определяется физи..
ко"'механическими характеристиками сырья, поступающеrо в зону
питания в виде rранул или порошка,. Если частицы материала,
поступающие в зону питания, имеют высокую твердость и жест..
кость и если расплав этоrо материала обладает малой вязкостью"
как это и наблюдается у некоторых марок. найлона, тепла, выделя-
ющеrося в результате работы сдвиrа, оказьrвается недостаточно
для разоrрева материала ПОЭТО IУ большую часть необходимоrо
lепла IJрИ ОДИТСп сообщаТh материалу от наrревателей корпуса.
В этом случае величина фа ктической производительности опре
деляется условиями теплопередачи, и реально достижимое уве"lИ
чение производительности оказывается пропорционально квадрату
коэффициента rеометрическоrо подобия. Если к качеству шпри--
цуемоrо материала предъявляются очень высокие требования,
особенно в отношении допустимой температурной неоднородности,
то достижимое на практике увеличение производительности
может оказаться Еще меньшим.
Разоrрев полимеРОВ t которые уже в .твердом состоянии об
ладают достаточной пластичностью и способны выдерживать зна..
чительные деформации, может осуществляться за счет механи..
ческой работы. Наибол€е характерным представителем материа..
лов этой rруппы является полиэтилен. Если количество тепла,
272
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
ВЫДеляющеrося в результате работы сил вязкоrо трения, точно
соответствует теплу} необходимому для поддер}кания заданной
температуры расплава, то производительность машины и потреб..
ляемая ею мощность увеличиваются в предельном случае пропор..
ционально кубу l{оэффициента rеометрическоrо ПОДобия. Прак--
тически достижимое увеличение производительности, как .это
уже отмечалось выше, определяется требованиями, предъявляе..
мыми к качеству шприцуемоrо материала.
Увеличение производительности, пропорциональное кубу коэф-
фициента rеометрическоrо подобия, оказывается вполне возмо}к
ным на машинах, работающих по адиабатическому режиму, если
качество шприцуемоrо продукта не должно удовлетворять Ka
ким то постоянным требованиям. Пример подобноrо рода можно
найти у l\арлея и Мак Келви20, которые описывают эксперимен"
тальные результаты, полученные при десятикратном изменении
rеометрических размеров шприц машины для переработки поли..
этилена. Сопоставление двух подобных шприц"машин с диамет--
ром червяка 50 и 500 мм показало, что при 15 об/мин производи-
тельность и потребляемые мощности относятся друr к друrу, как
I : 100. При этом температура и давление шприцуемоrо мате...
риала одинаковы.
Все приведенные выше рассуждения показывают, что на во...
прос: во сколько раз увеличится производительность, если 'YCTa
новить шприц"машину с большим диаметром червяка? нельзя
дать однозначноrо ответа. Фактическое увеличени;е производи
Q
тельности связано очень сложнои зависимостью с характером
перерабатываемоrо полимера и особенностями конструкции ма-
шины. В настоящее время еще не существует достаточно строrой
и обоснованной теории моделирования шприц"машин. Поэтому
приходится оrраничиваться обобщениями, подобными тем, KOTO
рые были рассмотрены в данной rлаве.
Приборы ДЛЯ КОНТрОЛЯ и управления процессом
шприцевания
Для обеспечения шприцевания материала при заданных тем..
пературе и производительности машина должна быть оснащена
соответствующими приборами и механизмами управления. Эти
приБорыI являются также одним из основных средств, с помощью
которых производится анализ характеристики машин.
Замер и реrулирование температуры. Температура расплава
зависит как от количества тепла, выделяющеrося в результате
механичеСI{ОЙ работы черВЯI<:а, так и от количества тепла, подво..
димоrо к материалу от наrревателей корпуса. Меняя количест..
ПРl1БОРЫ ДJIЯ КОI1ТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИ)I
273
.....LIr
u
во тепла, поступающеrо от наrревателей корпуса, можно pery"
J1ировать температуру расплава в достаточно широком диапазоне.
Кроме Toro, при помощи наrревателей можно разоrревать КОрао
пус машины при ее запуске.
Система реrулирования температуры состоит из воспринимаю..
:щеrо элемента, реrулирующеrо элемента, который преобразует
информацию, полученную от воспринимающеrо элемента, и Harpe
tJI
вательноrо или охлаждающеrо элемента, которыи управляется
реrулятором. Обычно на корпусе машины имеется несколько зон
,обоrрева, каждая из которых реrулируется индивидуальным pe
rулятором. Наибольшее распространение получили реrуляторы,
датчиками температуры в которых явЛяются термопары. Сущест
вуют также системы, в которых замер температур производится
термисторами или биметаллическими элементами. Термопары, ко..
'торые служат для реrулирования температуры корпуса, должны
.быть расположены так, чтобы теМП,ература внутренней поверх-
ности корпуса поддерживалась на заданном уровне) а колебания
температуры около этоrо значения были минимальны.
Реrулирующий' opraH может реrулировать температуру только
,в области расположения термопары. Следовательно, если располо
u
жить термопары у наружной поверхности корпуса, то невозможно
судить о температуре ero внутренней поверхности. С друrой
C.I
.стороны, если расположить термопару у внутреннеи поверхности
корпуса, то хотя она и позволит определить температуру в этом
u
месте, однако вследствие существования тепловои инерции неиз..
бежно появятся колебания температуры инекоторый переrрев,
та'к как для Toro, чтобы тепловой поток дошел от наrревателя
.до поверхности корпуса, необходимо определенное время. Поэтому
ни одно из этих двух мест нельзя считать вполне удовлетворитель..
ным для установки термопары, которая обеспечит хорошее реrули...
u
рование температуры внутреннеи стенки.
. Обычно на практике прибеrают к компромиссному решению,
u u
'устанавливая термопару в центре каждой наrревательнои зоны
и заrлубляя ее примерно на одну Tpe ь толщины стенки корпуса.
Иноrда для реrулирования температуры каждой зоны пользуются'
_двумя термопарами, одна из которых устанавливается в непо-
средственной близости от источника тепла, вторая. у внутрен-
ней поверхности корпуса. Расположенная у наrревателя термопа..
ра подключается к реrулятору и служит для поддержания задан
ной температуры наrревателей. Заrлубленная же термопара нс"
-пользуется только для наблюдения за температурой BHYTpeHHeI1
поверхности корпуса.
Ре2уляторы температуры. Для реrулирования температуры
корпусов шприц машин, обоrревающихся наrревателями сопротив"
.ления, применяются реrуляторы различных типов.
18 Переработка термопластичных м nтериаJ10В
274
rл. IV. ШПРI.1ЦЕВАНИЕ
.. 1
Рееуляторы с РУЧН,blм. уnравлен'ием. Наиболее простой и деше...
вый способ реrулирования температуры это питание harpeba--
телей от трансформаторов с ручным управлением. Поскольку
при этом способе реrулирование температуры осуществляется не
автоматически, то известные затруднения возникают при выборе
величины напряжения, которое обеспечивает заданную темпер а ту..
ру корпуса. Это особенно трудно сделать в том случае, коrда OДHO
временно изменяется скорость враLЦения червяка, вязкость pac
плава и друrие факторы, которые влияют на количество тепла, BЫ
деляющеrося внутри машины в результате м ханической работы.
ДвУХnОЗИЦИОн'н'ы е ре2уляmОРbt типа «включен'о вblключен'О».\
При использовании двухпозиционных реrуляторов наrреватели
включаются в том случае, если температура корпуса, указывае..
u
мая термопарои, падает ниже температуры, установленнои на
реrуляторе. Работа систем TaKoro тип а сопровождается некоторыми
колебаниями температур'ы корпуса, которые в свою очередь вы...
зывают колебание температ'уры расплава.
РееулятОРbl с nрОnОРЦИОн'аЛЬн'blМ вp Meн'н'ЫM дозатором. В ре...
u .
rуляторах TaKoro типа включение наrревателеи производится
периодически на различные промежутки времени, продо.пжи-
тельность KOTOPbIX по мере. приближения к заданной на приборе
температуре уменьшается. Системы с реrуляторами TaKoro типа
работают со значительно меньшими колебаниями темпераТУРЫ t
чем системы с двухпозиционными реrуляторами. .
Реzуляmор с nроnорцuоН,альН,ым. рееулирован'ием н'аnряжен'ИЯ .
В этом случае питание наrревателей осуществляется от авто..а
трансформатора. При понижении температуры напряжение пи
u
тания наrревателеи автоматически увеличив.ается, при повыше--
нии, , напротив, уменьшается. Такой бесступенчатый метод pery--
ЛJlрования обеспечивает минимальные колебания температуры.
Все описанные выше способы можно применять также и д.ля pery
лирования температуры теплоносителя, циркулирующеrо в ру--
башке корпуса, или, если необходимо охлаждение, для управле-
u
ния подачеи охлаждаЮLЦеrо areHTa.
Термопары для измерен'ИЯ темnературы расплава. Для управ..
ления процессом течения материала через rоловку и работой
приемных устройств необходимо знать истинную температуру pac
плава на выходе из червяка. Конструкция незащищенной TepMO
пары (рис. 4,41), предназначенной для замера истинной темпера..
туры расплава, описана Бернхардтом 9 . Наиболее удобный спо...
соб замера темпера"rуры расплава заI{лючается в том, что термо--
u u
чувствительныи спаи помещается непосредственно в поток рас..
плавленноrо материала и подключается к какому--нибудь измери...
l"ельному прибору, например к потенциометру. Обычно незаЩИLЦен"
ную термопару устанавливают на присоединительном кольце со
ПРИБОРЫ для КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНIIЯ
275
....
.стороны чеРВЯl{а. В HeK01 Opыx случаях дополнительные незащи..
щенные термопары устанавливаются непосредственно в rОЛовке.
- I - - _____ I
I 8.-'" - ,
, .
. .
. . .
.
.
Рис. 4 41. Термопары для измерения температуры расплава.
Не следует применять незащищенные
термопары для управления реrулятором
u
системы тепловои автоматики, так как
при этом возникает существенное темпе..
ратурное запаздывание, следствием кото..
poro являются значительные колебания
температуры и низкое качество реrули..
рования. Не следует также судить о
температуре шприцуемоrо материала по
u
показаниям термопары, установленнои в
теле корпуса, так как в большинстве
случаев температура корпуса сильно от..
личается от температуры расплава..
Замер и реrУJlирование даВJlения. Дав..
ление расплава можно довольно просто
замерять с помощью стандартных мано-
метров с пружиной Бурдона 9 . Обычно
манометр устанавливается на присоедини"
тельном кольце. Иноrда манометры уста..
навливаются до и после пакета сит и ре-
шетки. Такая установка манометров позво.
ляет следить за состоянием решетки и па..
.Кета сит, так как увеличение перепада
u
давлении указывает на засорение части
u
отверстии.
Для Toro чтобы использовать
для замера давления расплава
Рис.
u
екии
4,42. Манометриче-
датчик давления
раепл ава.
обычный пружинный
(рис. 4,42), полость
манометр
пружины
276
rл. IV. ШПРИЦЕВАНуIЕ
..
. .
.
манометра и подводящие к неи трубки необходимо заполнить
высоковакуумной силиконовой ЖИДКОСТblО. В rлухом конце
пр ужины Бурдона необходимо просверлить специальное капил..
u
лярное отверстие для выпуска из ее внутреннеи полости воздуха
при заполнении манометра маслом. Для заполнения манометра
I\1аслом ПРИ!\iеняются обычные смазочные шприцы.
152
.
}-
'Q
2
'Q
\
,f
.J
Рис. 4,43. Поперечный разрез дросселя проб..
KOBoro типа:
J корпус; 2 пробка; 3 оrраниqительиая. планка; 4 за"
каленны й шарик диаМеТроМ 12,7 мм; 5......0Тверстие ДЛЯ Yc
ТаНОВКИ датчика давления или незащищенноА термопары.
ОдновремеlIное применение незащищеннЫХ термопар и приба...
ров для замера давления расплава существенно упрощает управ
. ТIеlIие маШИIIОЙ и 06леrчает задачу {странения различных непола..
ДОК4 Более Toro, зная давление, развивающееся в rоловке шприц...
машины, можно значительно точнее рассчитать ра.бочую характе...
ристику машины.
Если дозирующий червяк спроектирован прав.ильно, то xo
рошая проработка материала обеспечивается уже при сравнитель
но невысоком даВЛении в rоловке. ПроизводитеJ1ЬНОСТЬ таких
червяков довольно мало зависит от сопротивления rоловки.
Однако, если необходимо увеличить интенсивность механической
проработки, которой подверrается, находящийся в канале червя"
ка материал) в особенности при использовании червяков со cpaB
нительнО rлубоким каналом, то целесообразно увеличить противо
rIР1IБОРЫ для КОНТРОЛЯ vI УПР.А.ВЛЕНИЯ
............. .....
277
..................,.
,
......... ....... ....
_ O
давление, развиваl0щееся в rO 10BKe, повысив с это и I eJIbJO сопро
ТИJЗление rоловки. ЭТО МО){{НО осуществить, установив в rолов!<е
специальный дроссель проБКОБоrо (рис. 4,43). иrольчатоrо
(рис. 4,44) или какоrо нибудь иноrо типа', 44.
Скорость вращ.ения червяка. ПРОl-Iзводите.пьность шприц"ма..
шины существенн() зависит от скорос'ти вращения червяка_ Обыч"
но реrулятор скорости УСl анавливается операТОРОi\<I в определеlf
ное положеl-lие, и постоянство ско" "
рости вращения червяка зависит
только от характеристик приводв
машины. Однако при проведении
некоторых тех HOJJO rичеСКIIХ процес
сов может оказаться целесообраз
ным производить реrулирование
скорости вращения червяка для
поддержания постоянноrо давлеНI1Я
в rоловке. Это можно сделать, если
связать датчик давления с реrулято
ром скорости вращения червяка.
Одним из наиболее удобных спо",
собов определения скорости враще
ния червяка является установка
тахометра. Тахометр позволяет быст"
ро определить число оборотов чер
вяк а и существенно упрощает, pery--
лирование скорости привода при
выводе машины на рабочий режим.
Мощность привода. Замер вели..
чины потребля мой приводом мощ"
ности осуществляется либо при по..
мощи амперметра и вольтметра
(привод постоянноrо тока) либо при
помощи обычноrо ваттметра, что позволяет непрерывно наблю..
дать за наrрузк й 9лектродвиrателя. По величине потребляе-
u u
мои мощности можно оценить величину mexalII-lческои прора..
ботки, которой подверrается шприцуемый материал, и правильно,
,выбрать реЖИlVi пере работки. Кроме Toro, эти при боры облеrчаю r
обнаружив ани е неисправностей и позволяют своевременно предот--
вращать серьезные аваРI1:И и поломки оборудования. Например,
внезапное уменьшение силы тока в цепи питания эле,ктродвиrателя
.
привода указывает на подлипание материала к червяку и пре..
кращение питания машины. Напротив, резкое увеличение силы
. тока может свидетельствовать о засорении решетки или даже об
изrибе и заедании червяка, требуя принятия немедленных мер
для предотвращения серьезноrо повреждения маШИIIЫ
/0
2
.f
з
9-
Рис. 4,44. поперечныlй разрез
иrольчатоrо дросселя. исполь
зуемоrо в мноrоканальных
трубных rоловках:
l реrулирующая иrлз; 2 rнездо для
термопары; 3 матрица; 4 втулка Kpe
пления дорна; 5 дopH; б Коллектор.
278
rл. IV. lllПР11ЦЕВАН11Е
...
Записывающие приборы. При помощи приборов, оборудован--
u
ных самопишущими устроиствами, производится непрерывная
реrистрация различных параметров рабочеrо процесса. Эти записи
дают возможность судить о стаБИЛЬНОСТlf режима работы маIIIИ-
ны и помоrают намечать пути устранения различных техноло..
rических неполадок.
Конструирование rолоВОК
[оловка шприц"машины представляет собой приспособление,
через которое под давлением продавливается расплавленная пла
стическая масса и' при этом образуется изделие. [еометрические
....
размеры изделия определяются rоловкои только в плоскости, пер..
u
пендикулярнои направлению шприцевания.
Наиболее просто представить себе rоловку шприц машины
как фиrурное отверстие, через которое течет установившийся
поток расплава.
Профиль поперечноrо сечения матрицы rоловки определяет
поперечное сечение шприцуемоrо изделия. Следует иметь в виду,
что профиль изделия и профиль матрицы MorYT не совпадать друr
с друrом. В некоторых случаях между ними не существует даже
rеометрическоrо подобия. .
Это опреде lение oXBaTbIBaeT все виды rоловок, применяемы1x
на шприц--машинах для переработки пластмасс. rоловки подраз--
деляются на листовальные, трубные, для шприцевания про..
фильных изделий и т. д.
в некоторых случаях форма шприцованноrо изделия подвер..
rается дальнейшему изменению, необходимому для придания ему
окончательноrо вида. Например, при пневмоформовании бутылок
или при переработке листов.
Эти технолоrические процессы рассматриваются в последую..
щих r лавах.
Упрощенный аиалитический подход .К конструированию
rоловок
Величину объемноrо расхода расплава, вытекающеrо из ro--
ловки п.од давлен.ием р, можно рассчита rь, используя извесТ'"
....
ное уравнение, описывающее течение ньютоновских жидкостеи:
q
kp
tL
( 146)
u
rде р перепад давлении в rоловке.
КОНСТРУИРОВАНИЕ rоловок
279
Значение k для наиболее простых rеометрических форм се..
чения rОЛОВКlI, изображенных на рис. 4,45, определяется из ,сле
u
дующих ур аВIlении:
круrлое oTBepcTlle
R 4
J
8L
( 1 47)'
k .
[wh 3
,
....
12L
7t (R o + Ri) ( R jj Ri)3
12L
При расчете по этой упр'ощенной схеме следует подстаВЛЯ'fЬ В
уравнение (146) величину эффективной вязкости, определенной
при соответствующем Зllачении rрадиента скорости и COOTBe1'
u
ствующеи температ)тре.
k
щель
( 148)
кольцо
k
(149)
,
2
w
Рис. 4,45. rеоrrtетрические размеры I<аналов простейших rоловок:
l цилиндрическое отверстие; 2 плоская щель; 3 КОJ1ЬЦевая щель.
Этими формулами можно пользоваться не только при проек
тировании новых rоловок, но также и при анализе характеристик
уже существующих rоловок. Анализируя работу rоловок даЖе с
сравнительно сложной формqй проточной части, можно, зная
суммарную величину потерь давления, представить себе, как эти
потери распределены по различным участкам rоловки. При этом
rp адиент скорости рассчитывается для каждоrо уч астка отдельно
и по нему определяется величина эффективной вязкос,ти, соот"
ветствующая режиму течения на этом участке. По полученным
данным рассчитывается величина потерь давления. Сумма потерь
давления, определенная таким обра.зом для всех участков, долж--
на быть примерно равна фактическому даВЛению в rОЛОВКе.
При проектировании сложной rоловки следует начинать с
предварительноrо выбора rеометрических размеров rоловки ко...
торые в дальнейшем рассчитываются так, как это было описано
выше. Если выбранные rеометрические размеры оказываются не..
подходящими и величина потерь давления чрезмерно велика,
КОНСТРУКЦИIО rоловки несколько изменяют. После проверки ряда
последовательно улучшающихся вариантов удается ПОЛjrчить ro...
ловку с удовлетворительной характеристикой. rоловки для
280
rл. IV. ШПРИЦЕВАl-!уIЕ
k
.
..
. u
шприцевания Ifзделии со СЛОЖfIЫМ поперечным сечением не под..
даются этому методу расчета, и их приходится доводить, по...
степенно под6ирая конфиrурацию профилирующих элементов
rоловки.
В качестве примера использования изложенной выше мето"
дики рассмотрим листовальную rоловку (рис. 4,46). Эта rоловка
представляет собой по существу цилиндричеСКУIО трубу, в стенке
которой расположен паз, направленный вдоль образующей ци..
линдра.
Рис. 4,46. Схема коллекторной листоваль
нойl rоловки с торцовым питанием. Длина
rубок щели L измеряется в направлении, YKa
З3ННQМ rvrаленькими стрелками.
Внутри 'срубы rрадиент скорости равен 4q/тr.R З ; в ry6Kax щели
rрадиент скорости равен 6q/wh 2 , rде R " радиус трубы, см; h
ширина щели (расстояние между rубками), см; w длина щели,
.
см; q расход, см 3 /сек. .
Поскольку в большинстве случаев материаv1], вытекая из [о--
ловки, оказывается при обычном атмосферном давлении, величи--
на падения давления в rоловке равна показанию датчика давле..
ния, устаlIовленноrо в rоловке. При определеНИl{ эффективной .
вязкости расплава используется HOMorpaMMa зависимости эффек
u
тивнои вязкости рассматриваемоrо материала от rраДИента CKO
рости при выIраннойй температуре (рис. 4,47).
Примем, что q . 32,4; R 3,8; w 61,0 и h 0,102. Поток с.
таким объемным расходом поступает в rоловку и течет вдоль нее,
одновременно выдавливаясь через боковую щель так, что весь
материал выходит через нее прежде, чеlVl достиrнет кониа rоловки.
.Считаеrvl, что величина средней скорости может быть принята
равной половине 06ъемноrо расхода. Тоrда rрадиент скорости
составит:
4.32,4
21t · 3 , 83
. 0)38 ceK l
КОНСТрУИрОВАНИЕ rоловок
28]
Из l рафlIка рис. 4,47 следует, что при этом значении rpa..
диента скорости эффективная вязкость равняется 0,32 KF. сек/см 2 ,.
""-
I
102
"'
!O
t::s
J /
"-
'6
а
ns
!о'"
JrpфентU!НОR 8язн()С'т/J,
/o J ,o 2
/({. ee/f/CH 2
/0 ... I
I
...
'
"'\!
*
\. I
..
N- I
Ir
"
. ..
,
l.\
...
"
- I ...
.
J "
,
,
\
\J r
1
..
.
I1Z 1 .
1
1
.
I
, I
.
I
. "
/0 2 /0"1 I /0 -
Напряжение сu6иеа 7; к,/сн2
Рис. 4,47. Кривая течения и кривая зависимости эффек-
тивной вЯзкоСТИ от эффективноrо rрадиента скорости.
rрадиент скорости в потоке между rубками rоловки будет
равен:
6.32,4
61 · (О , 1 02) 2
3 12 сеК.....!
При этом rрадиенте скорости эффективная вязкость оказы..
вается равной 1,3.10 2 KF.ceK/CM 2 , составляя менее 1/25 эффеК
u
ТИВНОI1 вязкости расплава в центраЛЫ-fОМ канале rоловки.
ПО ЭТИl\1 данным рассчитываем величину давления в rОЛОВКе.
282
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
.
Из уравнений (146) и (147) следует, что средняя величина по---
терь давления в центральном канале rоловки может быть опреде-
лена из выражения:
Р т
8qm mw
те R.4
Аналоrично из уравнений (146) и (148) определится величина
потерь давления в rубках Iцели Pl:
1 2qz(-LzL
р z wh3
Подставляя "риведенные выше значения в эти уравнения и
принимая, что длина rубок щели L 0,508 см, рассчитаем потери
давления по участкам:
Pl
8-16,2-0132.61
Рт 3,14.3,944
12-32,4.1,З.I0 2.0,508
б 1 (О, 102)3
4,0 кТ /см 2
40,5 Kr /см 2
Этот расчет показывает, что величина потерь давления в цен...
тральном канале rоловки составляет около 10 % потерь давления
в rубках щели_ Очевидно, что из rоловки TaKoro типа. будет шпри.-
u
цеваться лис..r, толщина l{OTOpOro со стороны, расположеннои у
входа в rоловку HaMHoro превысит толщину друrоrо, удаленноrо
от входа края. Для Toro чтобы избежать получения листа с не..
ПОСТОЯННОЙ толщиной, след)'ет либо увеличить радиус центра.пь"
Horo канала, либо увеличить длину rубок щели, либо осущест'"
вить одновременно и то и друrое. При увеличении длины rубок
щели одновременно увеличится и перепад давлений. Суммарное
падеllие давлеНИЯ невелико и составляет только 44,5 кТ/с.;и 2 . Из-
вестно, что во мноrих случаях можно допустить значитеtl1JЬНО боль-
шее давление. ЕСеТIИ технические условия на лист допускают умень'"
u
шение степени продольнои вытяжки, то увеличеНIIЯ потерь дав..
лени я можно добиться, уменьшая расстояние между rубками ще,
ли_ Одновременно необходимо уменьшить степень вытяжки на при
емном устройстве. Следует также принять во внимание, что уве..
личение сопротивления rоловки может сопровождаться умень-
шением производительности шприц машины. Для Toro чтобы
все это учесть, необходимо внимательно проанализировать ра...
бочую характеристику шприц-машины.
Несмотря на весьма приближенный характер, даже такой про
стой расчет позволил выявить существенный дефект в КОНСТрУI<ЦIIИ
rоловки и предложить ряд мер для ero устраlIеНlIЯ.
К()НСТРУИрОВАНИЕ rоловок
283
Более точный подход к конструированию rоловок
Применение уравнений течения ньютоновской жидкости для
расчета rоловок со сложными rеометрическими размерами про..
точной части оказывается не очень удобным, так как рассчитанная
величина эффективной вязкости, подставляемой в эти уравнения,
u .
соответствует деиствительноrти только для таких участков сече
ния, в которых мо}кно точна определить величину rрадиента
скорости. Более точные результаты получаются при использова
нии для расчета математических выражений, описыIающихx за
ВIIСИМОСТЬ эффективной I вязкости от rеометрических размеров
канала, ссли эти зависимости позволяют получить точное аналити"
ческое решение уравнений течения для всей системы. Очевидн.о}
что с физической точки зрения результаты, полученные при таком
аналитическом подходе, являются лучшим приближением, чем
при использовании метода поэтапноrо расчета.
Задачи, возникающие при проектировании rоловки.. При про..
екrировании rоловок приходится решать задачи двух типов:
во..первых, необходимо так выбрать rеометрические размеры про--
точной части, чтобы rоловка обладала сравнительно небольшим
сопротивлением при заданной производительности; во"вторых,
нужно праВIIЛЬНО подобрать rеометрические размеры профили..
рующих opraHoB rоловок с тем, чтобы из rоловок шприцевалось
изделие с заданной формой сечения и с заданными размерами-
В сОответствии с требованиями, предъявляемыми к профилирую
щим opraHaM rоловки, все существующие rоловки можно разде
лить на две катеrории: rоловки, в которых происходит OДHOMep
ное течение расплава, т. е. скорости потока изменяются только
в одном направлении, 11 rоловки, в которых наблюдается двумер"
нОе течение расплава. В rоловках с одномерным течением (rолов-
ки с круrлым, кольцевым и тонким щелевым сечением) заданна.я
форма и размеры шприцуемоrо изделия обеспечиваются сравни
тельно просто. Для этоrо достаточно учесть при конструировании
профилирующих opraHoB величину высокоэластической (упруrой)
деформации шприцуемоrо изделия либо предусмотреть возмож
u
насть реrулирования степени вытяжки за счет приемноrо устрои
ства,.
При шприцевании материала через rоловки в которых сущест
вует двумерное течеliие, после прохождения MaTepllatlrta через
ПРОФИЛИРУЮЩУIО матрицу в нем возникают силы, которые CTpe
мятся искаЗJIТЬ профиль поперечноrо сечения шприцуемоrо из
Д ел и я .
Если в такой I оловке длина профилирующей щели одинаКОВ l
по всему периметру , скорость истечения материала на более
-rОЛС.1'ЫХ участках сечения более высока. Величина степени
284
r л. 1 у. ШПРJ.11 ЕВА I I I/I Е
,
т
.
вытяжки для всех точек сечения обычно одинакова. Поэтому тон..
u
кие участки издеЛИЯ, изrотовленноrо на такои rоловке, оказы--
ваются чрезмерно утоненными.
В данной rлаве не рассматривается количественная сторона
v
таких явлении, как высокоэластическое восстановление и поверх..
HocTlloe натяжение*.
В настоящее вреI\1Я cTporo количественный ПОДХОД возможен
-rолько npI! проектировании rоловок с одномерНЫlV1 течением.
При ДВУlVlерном течении можно попы'rаться использова.ТI:) при--
ближенные решения, да и то это возможно только для одноrо или
двух простеllших СЛУIIаеВ. Во всех остальных случаях приходит--
ся оrраНИЧl-lваться доrаДl<ами и преДПОЛО}I{ениями. Обычно боль-
шинство применяеМblХ на практике rо.ПОВОК принаДЛе}J{ИТ к пер..
вой более простой катеrории.
Реолоrические свойства расплавов. Поскольку реолоrические
свойства расплавов были подробно рассмотрены в 1 части настоя..
щей моноrрафии, здесь достаточно только коротко напомнить
их особенности. Все известные термопластичные материалы в
условиях переработки ведут себя как неньютоновские жидкости,
т. е.. у них отсутствует прямая пропорциональность ме.жду напря..
жением сдвиrа и rрадиентом скорости в потоке.
В третьей части настоящеI1 моноrрафии приведены I{ривые
зависимости эффективноrо rрадиента скорости от напряжений
сдвиrа для мноrих термопластичных материалов. Большинство
этих кривых обладает следующими отличительными особенно..
стями:
1. Предел текучести при температуре переработки обычно
равен нулю. .
2. У большинства кривых, предст.аВcJ"ТJенных в лоrарифМИtlе..
u
ских координатах, таиrенс уrла наl{лона апроксимирующеи пря--
u u.
мои в зоне l\1алых напряжении СДвиrа равен еДИн 1-1 це, т. е. при
малых напряжениях сдвиrа эти материалы ведут себя как ньюто..
новские жидкости.
3. Кривизна кривых незначительнl1. Поэтому при изменении
лоrаРисl1ма rрадиента СКОрОС1'И в диапазоне ДBYX Tpex деСЯТI1ЧНЫХ
порядков кривые довольно хорошо аПРОКСИМИРУIОТСЯ прямыми
ЛИН]{ЯМИ. Кроме Toro. экспериментально показаlfО, что при шпри..
цевании большинства термопластичных материалов поверхность
Iab.... ......
* Пао 5б предложил уравнения, описывающие двумерное течение ВЯЗI{О
эластических жидкостей. Вполне возмо)кно, что со временем, испол.ьзуя быстро
действующие счетные IаШИНЫt удастся пол')rчить решение Э'Iих уравнений ДJ Я
ряда частных СclТ'Iучаев течеиия через отверстия ПРОфИЛИРУЮЩl1Х rОЛОВО1С. И ХО1 Я
очевидно, что эти решения будут примеНИI\1Ы к очень оrраниченному количеству
CTporo опреде Тlенных случаев и ре)КИNIОВ течения, они l\1orYT оказаться полез-
НblМИ для проектирования rоловок Д Т"Iя шприцевания профильных изделий.
КОНСТРУИРОВАНИЕ rолопок
285
........
.
....
.......
.
u u u
из; елия становится неровнои, шероховаТОI1 и искривленнои, еСt.iIИ
приложенные наПРЯ)JIения. сдвиrа превышаIОТ 7 Kr /слt 2 . Поэтому
при конструировании rO.,ТIoBoK следует стре.миться к тому, чтобы
u
деllСТВУlощие на материал напря}кения сдвиrа не преВblшаvТIl-I
7 /(r / С.А1,2.
ЭТО максимальное значение допустимых I1апряжеНИJI сдвиrа
можно увеличить примерно в три раза, если сделать стенки Ka
нала, подводящеrо материал к rубкам rоловки наклонными
так, чтобы величина yr ла между стенками канала составляла
примерно 200. ОДIfовре 1енно в каналах с сечением, уменьшаю-
щимся в сторону выхода, предотвращается возможность возник..
новения зон застоя., в }{оторых может начаться термическое раз.w
ложение материала; поэтому во всех воз ожных случаях следует
примеНЯТh каналы с уменьшаЮЩИLVIСЯ сечением.
Течение расплавов в червяке и rОЛОвке шприц"машины всеrда
ламинарное, так как величина чисел Рейнольдса в потоках рас-
плава всеrда .HaMHoro меньше критической величины (Re 2100).
Кроме Toro) обычно можно считать, что раСП.lIав смачивает стенки
канала rоловки и, следовательно, скорость потока на стенке равна
нулю. .
В турбулентных потоках воздуха или воды изменения давле
ния в местах расширения ИЛIi сужения потока, сопряженные с из..
менением Кинетической 9нерrии потока, MorYT быть весьма зна-
чительны. При скоростях течения раСПJ1Jавов, применяемых на
практике, изменения. давления, связанные с изменением кинети-
ческой энерrии потока, невеЛИI{И. [ораздо большую величину co
ставляют потери давления от трения, возникающие при ускореНИIi.
потока, вызванном уменьшением сечения канала. Значения потерь
давления на входе тем больше, чем меньше вели'чина отношения
L/D. Это объясняется тем, что при данной величине средней ско-
рости потока потери давления на входе остаются постоянными,
а потери давления от трения о стенки уменьшаются с уменьше-
нием длины канала.
Экспериментально показано, что значения rрадиентов CKOpO
стеи, устанаВЛИВ3ЮIl\IIХСЯ в трубах с различной величиной отно",
шения L/D при одинаковом напряжении СДВИI'а, не одинаковы,
если веJIичина отношения LID меньше 20. Бэrли 4 предложил
сравнительно простую форму.пу, в которой для учета эффекта
входа длина трубы увеличивается на определенное число диаметров.
При достаточном количестве экспериментальноrо материала для
вычисления постоянных коэффициентов, входящих в формулу,
ею можно пользова"rься и при расчете rоловок.
Поскольку материал, поступающий в rоловку, находится под
повышеIIНЫМ давлением, ero плотнос,ть несколько превышает
плотность материала при атмосферном давлении. Из уравнения
286
r JI. IV. ШПРИЦЕВАН IЕ
состояния 65 следует что при 150 ос изменению давлеlfИЯ На
70 KF /см 2 соответствует изменение плотности на 0,7 9i). Поэтому
при расчеТе производительности изменения плотности можно не.
учитывать.
При продавливании расплава .через rоловку совершается'
рабо'та, численно равная произведению v p. Примерно 20 259Ь
этой работы затрачивается на расширение материала.. Остальная.
часть работы превращается в тепло, которое вызывает повыше
ние температуры Ш11рицуемоrо материала. При этом уменьшение.
давления на каЖ}J.ые 70 KF /см 2 вызывает увеличение "rемпературы
расплава примерно на 1,6 ос. Однако средние цифры не дают точ"
Horo предстаВJlения о положении ВРlЦСЙ. Большая часть механи or
ческой энерrии рассеивается в оБJlаст} максимальных rрадиентов
скорости, т. е. у стенок rоловки. Это ПРИВОДlIТ К уменьшению вяз
кости пристенноrо слоя. В результате этоrо профиль скоростей
потока изменяется и становится ПОХОЖИl\.i на профиль скоростей,
существующий в потоках с твердым стер)кнем 14 , 32,69. При этом
ве.JIичина расхода увеличивается на каждые 70 KF /см 2 примерно
на 70;0. Это стержневое течение уменьшает искажение формы,
возникающее при шприцевании через двумерные rоловки. Б од...
номерных rоловках появление TaKoro течения приводит только
К увеличению производительности. В шприц-машинах, червяки.
которых имеют мелкий винтовоi'I канал (червяки TaKoro типа
рекомеНДУIОТСЯ для шприцевания при высоких даВ-.пениях), един
ственным результатом TaKoro MecTHoro разоrрева материала яв..
ляется некоторое уменьшение давления в r0J10BKe, сопровождаю..
щееся увеличением производительности.
Проектирование rоловок на основе степенноrо закона. Быше-
уже укэзывалось, что зависимость rрадиента скорости от напря
жения сдвиrа в лоrарифмических координатах (в пределах He
скольких десятичных порядков изменения лоrарифма rрадиента
скорости) имеет вид прямой линии и может быть апроксим.и..
рована так называемым степенным законом, уравнение KOToporo
было приведено в rл. 1,. стр. 42.
Так как для расчета rолово]{ удобнее использовать несколь--
ко иную форму записи степенноrо закона, перепишем ero в виде
обратной функции:
dи _ k't ')
dr
( 150)
rде v ЛОI{альная Сl{Орость ЖИД]{ОСТI1, определенная в направле..
нии течения, см/сек.
,
r радиальное расстояние, замеренное перпендикулярно Ha
правлению течен я и возрастающее в направлении у в е...
.l1ичения напряжений сдвиrа;
1
.....
....
..bII.
287
.
КОНСТРУИРОВАНИЕ rоловок
k реолоrический параметр расплава, CM 2 '1/(KT)V. сек. Пара--
метр k меняется с температурой rораздо быстрее, чем коэф"
фициент К, который был приведен на стр. 42. (Наиболь--
шее число опубликованных экспериментальных данных,
u u
по определению значении нерrии активации вязкоrо тече..
ния неньютоновских жидкостей относятся к параметру k);
--r: напряжения сдвиrа в любой точке потока;
u
''j показатель степени в степенном законе, характерИЗУЮЩИIJ
реолоrические свойства пластическоrо материала. Пока-
u
затель степени '1 численно равен значению первоИ произ..
водной функции, определяющей зависимость лоrарифма
rрадиента скорости от лоrарифма напряжения сдвиrа
u u
для данноrо интервала изменении напряжении сдвиrа.
Величина 'J, в соответствии с приведенным в rл. 1 опре--
делением, равна l/п. Значение показателя степени v MO
жет изменяться от 1 (ньютоновские жидкости) до 4 и более
(явно неньютоновские жидкости). Для большинства термо..
пластичных материалов значение 'J лежит в интервале
1,5 .... 3. Большая часть пр иве денных в настоящей rлаве
u
уравнении для расчета rоловок выведена на основе урав..
нения (150).
Поскольку на практике величина производительности любой
rоловки редко меняется больше чем в 10 раз, степенной закон,
u u
описывающии реолоrические своиства материала при заданном
u
.значении напряжении сдвиrа, достаточно хорошо апроксимирует
.истинную кривую течения. Предварительные расчеты позволяют
довольно быстро установить фактический диапазон напряжений
сдвиrа. В некоторых rоловках, например в листовальных rолов-
ках с реrулируемой величиной щели, необходимо так подобрать
размеры, чтобы они обеспечивали удовлетворительные резуль..
таты в широком диапазоне изменений rрадиента скорости. В этом
случае приходится или подбирать несколько пар значений k и ".
каждая из которых описывает кривую течения в своем интервале
изменений rрадиента скорости, или использовать более общие
уравнения течения. ,
Джи и Лайон 32 для описания всей кривой течения термопла-
стичноrо материала предложили двухчленное степенное уравнение:
dv
dr
't (1 т C't'J l)
11'0
(151 )
в выражение (151) входят три реолоrических параметра, при
ЭТО /l от температуры зависит TOJlbKO один парам тр o ( O пре
дельное значение вязкости, соответствующее минимальны!\ на..
288
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
..d
.
т
пряжеНIIЯМ сдвиrа; С , ПОСТОЯННЫЙ коэффициент, не заВИСЯЩI1Й
от температуры*). Анализ уравнения (151) показывает, что при
малых значениях напряжения сдвиrа оно выIождаетсяя в закон
Ньютона, а при больших ' . в уравнение (150). Поскольку напряже
ние сдвиrа входит в два члена уравнения (151), интеrрал этоrо
уравнения ИlVlеет вид мноrочлена с дробным показателем степени.
Для определения размеров rоловки необходимо найти корни этоrо
мноrочлена, при этом приходится прибеrать к какому--нибудь
методу последовательноrо приближения, например к методу:,
Ньютона 64 . Использование уравнения (151) приводит к rораздо
более rромоздким вычислениям по сравнению с уравнением (150).
Поэтому в данной rлаве рассматриваются только два случая при..
менения уравнения (151) для расчета rоловки.
Использование степенноrо закона. Степенный закон, как это
следует из уравнения (150), связывает локальное значение на--
пряжения сдвиrа с соответствующим локальным значеfIием rpa...
диента скорости. Однако при использовании метода капилляр--
u
нои вискозиметрии, состоящеrо в эксперимента.ПЬНОМ о пределе...
нии зависимости величины объемноrо расхода, вытекающеrо
через капилляр расплава, от давлеНИЯ, принято представлять
результаты в виде зависимости эффективноrо rрадиента скорости
4q/тcR 3 , который существовал бы в капилляре, еСL7IИ бы исследуе--
u u
мыи материал являлся ньютоновскои жидкостью, от максималь..
Horo напряжения сдвиrа pR/2L. Интеrральные фОрМЫ записи
степенноrо закона и значения k (параметра r вычисленноrо из
зависимо.сти истинноrо rрадиента скорости от напряжения сдвиrа)
и k' (параметра, вычисленноrо ИЗ' заВИСИМОСТII эффективноrо rpa--
диента скорости от напряжения сдвиrа) при v> 1 несколько от--
личаются друr от друrа. Это различие зависит как от величины \j,
так и от Toro, используется ли для расчета истинная скорректиро"
ванная кривая течения или же реолоrические параметры oIIpe..
деляются по кривой зависимости эффективноrо rрадиента ско..
расти от максимальноrо напряжения сдвИrа. Приведенный выше
пример расче.та rоловки (стр. 281) основан на использОвании за
ВliСИМОСТИ эффективноrо rрадиента скорости от напряжения сдвиrа
на стенке капилляра. Следует иметь в виду, что все приведенные
* Определение по кривой течения реО 'fJоrически:х параметров, входящих Б
уравнение (151), производится следующим образом: t'-o определяется как сред-
u u
нее значение отношении напряжения сдвиrа к rрадиенту скорости, наиденных
при трех минимальных значениях напряжения СДБиrа. Величина v численно
равна TaHreHcy уrла наклона кривой течения в лоrарифмических координатах)
определенному Б пределах ПОЛОВ,ИНЬJ последнеrо десятичноrо порядка лоrариф
ма напряжений сдвиrа. Зная v и o, можно выЧ'ислитъ с. Для этоrо неоБХОДИIVIО
СПрЯl\fИТЬ кривую И, вычислив С для пяти различных точек, взять ero среДНее
значение.
конструировАНИЕ rоловак
289
в дальнейшем формулы также основаны на таких же неСКОРРСl{"
тированных данных*.
Эффективная вязкость. Хотя вязкость расплава зависит от
величины напряжения сдвиrа, вполне можно использовать для
расчета простой закон вязкоrо трения.it' Ньютона при условии,
что в Hero подставлено соответствующее значение вязкости
При конструировании rоловок очень мноrие задачи удается cBecTlI
к уравнеНИЯ 1, в которых известно все, кроме длины профилирую..
щеrо насадка и величины вязкости расплава.
Можно сравнительно просто определить вел'ичину эффект ив..
Horo rрадиента скорости и по этой величине, при помощи rрафи...
ков, приведенных в части 111 настоящей моноrрафии, найти COOT
ветствующее значение эффективной вязкости. Определенную та..
ким образом величину эффективной вязкости подставляют в рас-
. '-'
. четное уравнение и из Hero вычисляют длину профилирующеи ще..
ли В тех случаях, коrда приходится определять не только длину
щели, но и друrие размеры rоловки, необходимо примерно оценить
rрадиент скорости н определить соответствующее ему значе..
ние вязкости Это значение вязкости подставляют в расчетное
уравнение и повторно определяют производительность и rpa..
диент скорости. Полученное значение производительности нс"
пользуется для уточненноrо определения вязкости. Этот про..
цесс последовательноrо приближения продолжают до тех пор,
u
пока величины двух последовательно рассчитанных значении про
изводительности не будут достаточно близки друr к друrу.
Можно подойти к методу испо,льзования эффективной вязко..
сти также и несколько иным путем. Определим эффективную вяз
кость соrласно данным, приведенным в части 111, как отношение
напряже.ния сдвиrа на стенке к эффективному rрадиенту скорости.
Это определение можно записать следующим образом:
4q
.... """'
7tRЗ
1
r'-a
pR
2L
(154 )
* Проиллюстрируем разницу между этими двумя подходами на простейше!\'1
примере расчета расхода через круrлое отверстие. Если используется величина
k, то расход равен:
1r.kR";+3 p
q:== 2 '1(v + 3) с .
(' 152)
Если используется величина k' t то расход равен:
7tk' R'J+3 р 'J
q 2 v + 2 L"J
Следовател ьно, k' == 4k/ ("'J+3).
.LL .
( 153)
19 Перерабтка теРМОпластичных материалов
290
. r л. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
..
Для . жидкостей, подчиняющихся степенному закону течения:
4q k' pR v (155 )
7i;R3 2L
Объединяя два эти уравнения,
1
получим:
, pR \ )J l
k 2L
( 156)
a
Выражение (156) по существу эквивалентно записи степенноrо
закона течения в форме, подобной закону Ньютона:
dv
dr
't
(157 )
a
Величина R, входящая в уравнение (155), обозначает радиус Ka
нала rоловки, в то время как величина r обозначает переменную
радиальную координату Уравнением (156) можно пользоваться
во всех случаях, коrда необходимо ввести эффективную вязкость
в уравнения, полученные интеrрированием ньютоновскоrо за
I<oHa течения*.
Двучленный степенной закон течения Джи и Лайона также
описывается уравнением (157). Однако в этом случае эффектив..
ная вязкость выражается следующим соотношением:
1
1
(1 + Ctv l)
O
( 158 )
a
.
Течение через тонкую щелЬ. rоловка щелевоrо типа это та..
кая rоловка, в которой влияние краевых эффектов на величину
производительности настолько мало, что им без .большой ошибки
можно пренебречь. Если ширина щели w превышает толщину fl
более чем в 20 раз, то при использовании для расчета производи
u u
тельности уравнении течения в тон ко и щели поrрешность состав..
ляет 2% При уменьшении отношения ширины к толщине до 10
поrрешность возрастает на 6 % и при уменьшении отношения
wlh до 5 на 14 . Щелевые rоловки образуют весьма важный
класс rоловок с одномерным течением. Мноrие f'ОЛОВКИ достаточ
но близко приближаются к щелевым rоловкам. К их числу OTHO
сятся rОЛОВКИ для получения пленки методом пневматическоrо
* Метод этот далеко не так точен, как метод последовательных приближе
ний, так }са.к область ero применимости определяется точностью, с которой CTe
пенной закон течения апроксимирует кривую течения. В то же время при ис
по.т[ьэовании друrих методов необходимые для расчета параметры определяютс я
непосредственно по кривой течения. Этим методом можно пользоваться для целей
,
приолиженноrо расчета.
КОНСТРУИРОВАНИЕ rоловок
291
1'1'""""
растяжения, трубные rоловки, rоловки для llIприцевания тонких
L..образных профилей.
В щелевой rоловке напряжения сдвиrа максимальны на поверх
ностях, оrраничивающих щель На любом расстоянии r от cpeд
ней плоскости величина напряжений сдвиrа равна pr/L. Поэтому
на стенке, rде , h/2, максимальная величина напря}кений сдвиrа
равна ph/2L. Эта величина почти полностью аналоrична значе..
u
нию напряжении сдвиrа, которые существуют в rоловке с кр);rлым
каналом t pRI2L. Эффективный rрадиент скорости на стенке
в ш.елевой rоловке по аналоrии с веЛИL!ИНОЙ 4q/1tR 3 'для rоловки с
l<pyr лым сечением ра вен 6q /wh 2 .
Связь между rоловкой и шприц машиной
Работа rоловки тесно связана с работой червяка. Поскольку
расход материала, а также давление в rоловке и на выходе из
червяка одинаковы, задача проектирования и расчета xapaKTe
u
ристик rоловки неразрывно связана с характеристикои червяка.
Взаимосвязь, существующая между червяком и rоловкой, дo
вольно подробно рассматривал ась в предыдущих разделах Ha
стоящей r.павы. В данном разделе рассматриваются только воп
росы проектирования rоловок. При этом предполаrается, что xa
рактеристики червяка, определяющие величину производитель
ности в зависимости от давления на выходе, известны. Il0Э'ТОМУ
величина расхода через rоловку рассматривается как функция
температуры и давления, поступающеrо в rоловку расплава.
При совместном проектировании и расчете червяка и rоловки
u
или при определении производительности и характеристик всеи
шприц машины следует помнить, что величина эффеКТИВНО{f
вяз!(ости расплава в rолоВке может быть в десять раз меныие,
чем в червяке. Поэтому при расчете необходимо ПОДставлять в
расчетные формулы соответствующие значения эффективной вяз..
кости.
Данные, необходимые для проектирования rоловки
В настоящее время уже совершенно очевидно, что для Toro,
чтобы определить реолоrические парамеТРЫ t входящие в расчет
ные уравнения, необходимо располаrать кривой зависимости
rрадиента скорости от напряжения СДВиrа (или каким ли60 ее
эквивалентом) при температуре переработки. Для большоrо коли
чества материалов такие данные мо}кно найти в части 111.
Значения реолоrических парамеТрОБ при температураХ t отли-
чающихся от температур, для которых имеются эксперименталь..
ные кривые, можно рассчитать, воспользовавшись инТерполяцион....
J9*
'.1 q ')
.."..... .....
'r..1. I\T. ШПРИЦЕВАНИЕ
.....
...
,
НОЙ фор:t\1УЛОЙ, приведенной в rлаве 1. По этой формуле Можно
рассчитать реолоrические параметры не только для температур
вн)rтри oXBaTbIBaeMoro экспериментальными кривыми диапазона.
Ею можно пользоват'ься также и для определения парамет
ров I(РИВОЙ течения Прll температурах хотя и близких, но все
){(е лежащих за пределами ИССJlедованноrо темпераТУрJ10rо интер
вала * .
Если в интересующей нас обurJасти значений напряжеНl1Й сдвиrа
СJIИШКОМ мало экспериментальных точек (одна или две), то при
расчете величины k' можно принять, что 'J 2,5. Если же экспе..
риментальных данных нет вообще или они явно недостаточны,
то экономически может оказаться значительно целесообразнее
пойти на дополнительные затраты и провести необходимые реоло
rические эксперименты, чем спроектировать дороrую, но неработо
способную rОЛОВI{У.
Величина Рm, входящая в уравнения течения, обознаtIает
ПIJТ'IОТНОСТЬ расплава (а Н,е плотность твердоrо материала). Для
ряда материалов экспериментальные кривые, описывающие зави..
u
симость плотности от температуры и давления, можно нанти в
части 111. Можно таI{же рассчитать величину плотности, восполь':'
зовавшись для этой цели уравнением состояния. При опреде
. .
.пении "величины плотности в зависимости от давления расчет
следует производить при среднем давлении в rоловке, равном р/2.
Кроме Toro, предполаrается, что величина давления, разви-
вающеrося при заданном значении ПРОИЗВОllите,ТlЬНОСТИ q,' 'извест"
на. Уравнения, по которым рассчитывается про изводит ель н ость
шприц"машины в зависимости от rеометрических размеров червяка,
СI(ОРОСТИ ero вращения и вязкости жидкости, приведены в преды..
.l.h
* 'Следует быть осторожным, пользуясь интерполяционной ФорМУЛОЙ. пред.:
наЗflаченной для расчета коэффициента консистенции К' при оп'ределении пара
метра k'. Температурная зависимость параметра k' может ,быть описана извест
НЬП\1 уравнением Аррениуса:
k' === А' е...... Е' IRT
Значения вели'чин А' и Е' ВЫЧ СЛЯIОТСЯ следующим образом: по имеющимся Кри
вым для двух ближайших температур рассчитывается среднее значение отноше-
ний' эффективноrо rрадиента скорости Ra при нескольких выбранныIx значениях
напряжений сдвиrа) лежащих в рабочем интервале напряжеци.Й. Температуру
выражается в °1<. Затем вычисляется значение kJ==((rрадиент скорости)/(напря"
жение сдвиrа\t)] при' температуре Т 1 - Коэффициент Е' и А определяютс из BЫ
u .
ра}кении:
1
Е' =::; (4,57T 1 T 'l-lg Ra) Tl
Е'
19 А' == lп k + 4, 57Т I
Т.,
,;,.1
КОНСТрУИРОВАНИЕ rоловок
293
h...... ...
.OO<L
дущих параrрафах настоящей rлавы. При проектировании шприц..
машины необходимо одновременно рассчитывать и rоловку и
червяк.
r оловки для шприцевания Kpyr лых стержней
Величина расхода при течении через:отверстие круrлоrо
чения определяется по известному уравнению Пуазейля:
'ТCR 4 p
q .
J:::". v
8!l-а L
се-
( 159)
Как уже отмечалось выше, если в это уравнение подстави:rь
правильно выбранное значение эффективной вязкости, то оно
будет достаточно точно описывать течение неньютоновскоrо рас-
плава. Используя уравнения (156) и (159), можно получить мо"
.дифицированное уравнение Пуазейля, описывающее течение рас..
плавов, подчиняющихся степенному закону течения:
7tk' R V + 3 pV
..
2\)+2 L 'J
q::::::::
( 160)
АнаJJоrично можно воспользоваться и уравнением (158),
представляющем собою более универсальную форму записи эф-
ФеI{ТИВНОЙ вязкости, предложенную Джи и Лайоном 22 , и, подста..
вив ero в уравнение (160), получить уравнение Пуазейля, опи'сы..
вающее течение материала в более широком интервале напря..
u
жении сдвиrа:
q пRtJ. p 1 + С' pR 1
.8 oL 2L
Если раскрыть Сl{обки, то это уравнение принимает вид:
1tR 4 p 'ТСС' R V + 3 py
q 8{J-оL + - 21/+2/J_oL ..
(161)
( 162)
При сопоставлении уравнения (162) с уравнениями (158) и (160)
.леrко заметить, что уравнение Джи Лайона представляет собой
линейную комбинацию ньютоновскоrо И степенноrо за конов те..
чения. Член С' /1:110 напоминает по форме и размерности член k',
хотя по величине они, по"видимому, не одинаковы.
Чтобы определить диаметр отверстия матрицы в rолов.ке
u
для шприцевания круrлых стержнеи достаточно, зная радиус
u
rOToBoro изделия, умножить ero на корень квадратныи из степени
вытяжки. При этом расчету подлежит только величина L, ко-
торую довольно просто рассчитать, выразив ее из уравнения
(160). В уравнении (162) величина L входит сразу в два члена,
и так как обычно v это не целая величина, то L приходится опре..
делять методом подбора. Пользуясь уравнениями (159) и (161),
294
rл. lV. ШПРИЦЕВАН:VIЕ
...
........
можно оценить сравнительную роль отде.ТIЬНЫХ элементов KOH
струкций и представить себе их влияние на процесс течения
в rоловке. Имен.но этим определяется значимость вышеприведен '"
ных уравнений. Следует, однако, отметить, что существуют
rораздо более простые методы, приrодные для определения длины
профилирующей матрицы (а также ряда друrих величин).
Наиболее простым можно считать так называемый «метод кри
u
вых течения», которыи состоит в следующем: вначале по задан
ным R и q определяется эффективный rрадиент скорости 4q/hR 3 .
Затем по кривой зависимости rрадиента скорости от напряже
u
ния сдвиrа, эксперименталы:Io определенной при температуре
переработки, определяется величина напряжения сдвиrа, COOT
ветствующая этому rрадиенту скорости. Так как напряжение
сдвиrа равняется pRf2L, то для Toro чтобы определить L, ДOCTa
точно разделить напряжение сдвиrа на pR /2. Аналоrично, если
известно L и надо определить р, достаточно просто разделить
напряжение сдвиrа на R /2L. Особенность этоrо метода состоит
u
в том, что расчет производится непосредственно по кривои тече
ния. Поэтому удается избежать поrрешностей, неизбежно воз
никающих при определении параметров степенноrо уравнения по
кривои течения.
Второй метод, метод эффективной вязкости, аналоrичен пер
вому. После Toro, как будет определен эффективный rрадиент
скорости, конструктор определяет напряжение сдвиrа непосред
ственно по кривой течения. Результаты, полученные обоими Me
тодами, должны быть одинаковы.
При расчете rолоВКИ по любому из этих двух методов необ..
ходимо пользоваться кривой течени'я, полученной на приборе,
капилляр KOToporo имеет отношение L/D'} близкое к тому, которое
u
существует в проектируемои rоловке.
Пример расчета стержневой rоловки. Пусть rоловка KOH
струируется для шприцевания из полиметилметакрилата стерж
ней диаметром 1,27 см; заданная производительность составляет
22,6 К2fч (величина вполне приемлемая для шприц"машины с
диаметром червяка 50,8 мм). Температура IIlприцевания равна
2040; степень вытяжки 1,5. Предположим, что шприц"машина,
которая будет использоваться для шприцевания, может развить
при этой производительности и температуре давление в 140 KrfcM 2 .
в первую очередь необходимо пересчитать производительность
q из весовых еДИНИЦ в единицы объема в секунду:
q 2,78.10 Зqw/р,n
rде qw расход, К2fч;
Р,п плотность расплава при температуре и среднем давле"
нии в rоловке.
конс'rрУИРОБАНИЕ rОЛОБОК
...
295
Плотность расплава полиметилметакрилата, рассчитанная
по уравнению состояния 65 , составляет 1,11 Z/CM 3. Производитель
ность q равна 5,7 см 3 /сек.
Метод КрИВЫХ течения. На рис. 4,47 в координатах напряжение
сдвиrа эффективный rрадиент скорости сплошной линией изобра..
жена кривая течения полиметилметакрилата при 204 ос (эта
кривая была рассчитана по формуле Джи Лайона предложен
ной для описания реолоrических свойств «Люцита 140»). Очевидно,
что, пользуясь рис. 4,47, можно, зная эффективный rрадиент
скорости, определить напряжение сдвиrа либо, зная напря..
жение сдвиrа, определить эффективный rрадиент скорости (или,
наконец, рассчитать эффективную вязкость). Поскольку величи..
на L неизвестна, то удобнее воспользоваться rрадиентом скорости
4q/7tR 3 .
В рассматриваемом примере
R - 1. 27.d,50,5_ 0,78 см
Эффективный rрадиент скорости равен:
4q
nRЗ
4.5,7
3 142.0 783
, ,
15,3 ceK l
Из rрафИI<а, представленноrо на. рис. 4,47, следует, что Ha
пряжение сдвиrа, которое соответствует этому rрадиенту ско"
рости, равняется 1,37 Kr /см 2 . Следовательно:
pR
2
140.0,78
,2
54,5 кТ jCM
L
40 см
L 40
R . Ь , 78
51
Таким образом, установлены предельные размеры длины
профилирующей части rоловки и определено отношение L/D дЛЯ
капилляра. Рассчитанная длина rоловки слишком велика и по-
этому непрактична. В действительности длина матрицы в rоловке
была бы значительно меньше. Эти расчеты показывают, что если бы
понадобилось поддерживать в rоловке машины давление в
140 KF/cM 2 , например для Toro, чтобы улучшить процесс смешения
в шпри.ц машине, для создаНlfЯ нужноrо противодавления сле..
довало бы воспользоваться пакетом сит или дросселирующим
клапаном.
Метод эффективной вязкости. Пунктирная кривая на рис. 4,47
изображает зави..симость эффективной вязкости от rрадиента
скорости (или напряжения сдвиrа) для полиметилметакрилата
296
rJI. 1\7. lliПРИЦЕВАНуIЕ
I
"
при 204 ос. При рассчитанном значении rрадиента CKOpOCTI.1
15,3 ceK l эффективная вязкость оказывается paBHoi'l
8,9. 10 .2 KF .сек/см 2 . Подставляя вязкость и величину давления
в уравнение (159), разрешаем ero относительно L: -
L
3, 142 (О, 78)4. 140
...
8. 8, 9. 1 0 2 · 5, 7
40 см
Метод, основанный на использованиИ степенноrо закона Te
чения. На рис. 4,47 вдоль BepXHero участка кривой течения, изо..
бражающей зависимость rрадиента скорости от напряжений сдвиrа,
проведена пунктирная прямая. Эта прямая довольно хорошо
апраксимирует кривую течения в интервале изменения rрадиента
скорости от 8 до 1 000 ceK l, в пределах KOToporo лежит обычный
u
диапазон значении rрадиентов скорости, существующих на прак
тике в стержневых rоловках. С меньшими значениями rрадиента
скорости можно встретиться при проектировании rоловки д"ТIЯ
шприцевания на маленькой шприц-машине стержней очень боль--
шоrо диаметра.
Величины v и k' рассчитываются следующим образом: на
прямой выбираются две точки, достаточно удаленные друr от
друrа (на верхнем участке напряжениеl' rрадиеНТ 1 и на ниж"
нем напряжение 2 , rрадиент 2 ). Константы степенноrо уравнения
определяются из выражения:
.. ; .
rрад иеНТ 2
) g rрад иеНТ l
-
напряжение2
) g напряжение 1
I rрадие НТ 1 , rрад иеНТ 2
k == (напряжениеl) ИЛИ k == ( налряжение2)
Рекомендуется рассчитывать k' для обеих точек и вычислять
ero среднее значение. Для проверки правильности вычисления
констант их следует подставить в уравнение (155) и рассчитать
по нему какую-н.ибудь точку, расположенную в середине кривой.
В соответствии с этими рекомендациями выберем две точки
на пунктирной прямой рис. 4,47. Одна точка с координатаМJI
(6,3; 1000), друrая с координатами (0,7; 2,60)
1000
2,60
( 6,3
19 О 7
. ,
Ig
т
2 ,708
'J -
, 1 000
k . б, 32,708 6 J 77
КОНСТРУИРОВАНИЕ rоловок
297
L I
или
k'
2,60
О, 7 ,708
. . 6 8
. ,
Среднее значение k' 6,79 с/и 5 ,416 /сек. к[2, 708
Проверяем:
pR
при 2L
40-
,
4q
т:.RЗ
r
111
Эти результаты совпадают со значениями, которые определяются
по апроксимирующей прямой. Если же определить средний
u
rрадиент скорости непосредственно по кривои, то он оказывается
равным 103.
Подставляя эти значения реолоrических пара метров в ypaB
нение '(160) и разрешая ero относительно L, получим
3 , 142. 6, 79. О, 785,708. 1402,708 1/2,708
..
24,708.5 7
,
L
3, 142[/2,708 . 6,7091/2. 70В . 0,785.708/2.708 . 140. 2 4. 70В/2.70В . 5, 7 1/2.708
1,525.2,037.0,604.140.0 t 2996.0,525 , . 41 см
Полученное значение очень близ,ко к значению 40 см, опреде 1ен"
НОМУ методом эффективной вязкости. Это объясняется TeM t что
апроксимирующая кривую пунктирная прямая степенноrо за-
кона течения при расчетном значении rрадиента скорости 15,3 е е к"'" 1
u u
почти совпадает с самои кр ивои.
В случае, если экспериментальные кривые течения получены
при значении L/D, сильно отличающемся от значения L/D дЛЯ
рассчитываемой rоловки, приходится прибеrать к методу по..
правок. .
, Бэrли 4 экспериментально показал, что при течении полиэти..
ленов разветвленноrо строения через цилиндрические насадки
u
величина напряжеНI1И сдвиrа определяется выражением:
- р
't e - .. 2(LIR + n)
(163)
эффективное напряжение СДВиrа;
обычные значения
отношение длины к радиусу для каПИЛt1ТIяра, перепад
давления в котором эквивалентен входовому эффек-
ту, n 5.
Член, заключенный в скобках, представляет собой эффектив-
ную длину канала для коротких цилиндрических насадков. L(ля
rде rre
,р, L, R
n
298
rл. lУ. ШПРИЦЕВАНИЕ
........ L
всех насадков, в которых L/ R 40 (L/D ?;; 20), эффективное зна
чение отношения L/R очень незначительно превышает ero дей
ствительное значение.
Течение друrих пластических материалов, как это )тже Heoд
нократно отмечал ось, также сопровождается существенными эф
фектами входа. Можно полаrать, что уравнение Бэrли будет
,справедливо и для этих материалов, хотя вполне допустимо, что
значение n для них не одно и то же Во всяком случае до тех пор,
пока не будет получен новый экспериментальный материал, при
расчетах и проектировании rоловок придется довольствоваться
уравнением (163). Этим уравнением можно пользоваться для опре..
u
деления длины матрицы или для расчета перепада давлении при
условии, что дана кривая течения и известно отношение L/ R для
насадка, на котором она была получена. Ниже приводится метод
расчета.
Пусть 1;п номинальное напряжение сдвиrа, т. e напряжение
в пределах, охватываемых данной кривой течения Пусть также
отношение L/D дЛЯ этой кривой равно а. Если определяется длина
матрицы, а р, q и R известны, то прежде Bcero рассчитывается
эффективный rрадиент скорости 4q/т:R З и по кривой течения опре
деляется соответствующее ему значение 1: п . После этоrо L под
считывается по формуле:
R р(а t 5)
2a't n
h
.../
( 164)
L
с друrой стороны, если рассчитывается уже существующая ro--
ловка, для которой L, R и q известны, а определяется величина
перепада давлений р, то используется формула:
р
2а (Ь + 5) t п
(а + 5)
(1 65)
rде Ь это фактическое отношение L/ R для рассчитываемой ro--
ловки.
06а эти уравнения довольно просто выводятся из уравнения
(163) Аналоrичные уравнения можно вывести и для расчета друrих
величии. 'Кроме Toro, из уравнения (165) подобные формулы
можно вывести для расчета методом эффективной вязкости, а
ffакже для расчета' щелевых rоловок.
При.мер. Проиллюстрируем использование этих уравнений на примере
u U
расчета уже рассматривавшеися выше стержневои rоловки для шприцевания
прутка диаметром 1,27 СМ. Предположим, что давление в rоловке р==28 KF/CM'2
(вместо p :....... 140 KF/CM 2 ). Следует определить длину матрицы
КОНСТРУИРОВАНИЕ rолОвОК
299
..
,
Реш е н и е:
1) 4q/7LR3==: 15,3 ceK l; по рис. 4,47 п== 1,36 Kr/CM 2 .
2) Для рис. 4,47 отношение L! R 40.
3) Подставляем эти величины в уравнение (164).
28 (40 + 5)
2-40-1,36
L === О, 78
5 5,l C,IU
Если не при НИ!\lать во внимание существование входовоrо эффеI{та и пренебречь
поправкой, учитывающей разницу в величине L/ R, рассчитывая L по методу,
изложенному на стр. 295 296, то величина L===8,04 СМ. Ошибка при этом со-
ставляет боле е 50%.
Щелевые rоловки
Ленточные rоловки. Ленточная rоловка представляет собой
u
узкую щелевую rоловку, в которой давление расплава одина.ково
по всей ширине щели. Схема ленточной rоловки, на которой ви"
ден профиль подводящеrо кана...
ла, изображена на рис. 4,48.
Снаружи rоловка для удоб
u
ства установки наrревателеи
имеет круrлую форму. Все раз J;
меры ширина w, толщина h
и длина щели L показаны на
схеме.
Степенной закон течения,
u
связывающии величины истин..
u
ных напряжении сдвиrа и ис..
тинных rрадиентов скорости,
несомненно, не зависит от reo..
метрических размеров rоловки.
Эффективный rрадиент скорости
у стенки, напряжения сдвиrа
на стенке и эффективная вяз..
кость зависят от rеометрических размеров rоловки. Иначе ro-
воря, кривые течения, приведенные в части 111, полученные
на круrлых насадках, несколько отличаются от кривых зави..
симости эффективноrо rрадиента скорости от напряжения сдви
ra, которые были бы получены, если бы те же самые материалы
исследовались с помощью щелевоrо насадка при тех же темпе..
ратурах, с таким же значением L/h. Величина поправки невелика
и ее очень нетрудно найти. В щелевых rоловках величина эф..
фективноrо rрадиента скорости равна бq/wh 2 , а напряжения на
.стенке ph/2L. Так же как и для стержневой rоловки, величина
эффективной вязкости определяется как отношение напряжения
к rрадиенту скорости. Для материалов, подчиняющихся степен...
8
CelfeHue 8 8
w
."
R
I
h
L.8
-
r-
. '"
l
. -
Сечение .fI fl
Рис. 4,48. Схема rоловки для шпри..
цевания .полос.
8с
r .Jl. IV. lliПРИЦЕВАНИЕ
..
300
HOl\IY закону течения, эффективная
считана по следующему выражению:
1 _ k". plz
\ a 2L /
вязкость может быть pac
\I l
( 166)
Входящий в это уравнение IlapaMeTp k" для щеJ1И связан с пара
MeTpOl\"t k' для круrлоrо насадка формулой:
3('; + 3)k'
4 ('J 2)
( 167)
k/f
Вывод ЭТОЙ формулы при веде н в пр и ложен ии А. Таким образом,
для Toro чтобы при ра'Счете щелевых rоловок l\fОЖНО было BOC
u
пользоваться данными, приведенными в третье и части, достаточ"
но просто рассчитать , и k' так же, как и раньше, а затем по урав--
нению (167) определить" k". Разумеется, для ньютоновских жид
костей k' k'l . k. Для неньютоновских жидкостей k' =Fk", Ha
пример при '1 3, k" O,9 k'. Подстановка уравнения (166) в
u
уравнение течен я ньютоновскои жидкости через щель дает рас...
u
четное уравнение для течения неньютоновских жидкостеи:
wh 3 p
.ь.....
1 2 f-!а L
k"wh +2p
3L \i2'J+l
( 168)
q
(169)
q
Уравнение эффективной вязкости Джи Лайона также He
сколько видоизменяется, так как С' заменяется на С". При этом
СП связано с С' так же, как k" с k' {см. уравнение (167)], Уравне-.
ние течения через щель, выведенное на основе закона течения
Джи Лайона, имеет вид:
. pwh 3 C"wh v+2p '1
q . 12fJ- L + 3r L . 2'1+ 1
(17 О)
На стр. 295 были изложены методы расчета производительно
u
сти стержне во и rоловки, основанные на использовании кривых
течения и кривых эффективной вязкости, приведенных в час"ти 111.
Эти же простые методы можно использовать и для расчета ще4l1Jе..
вых rоловок. Необходимо только, прежде чем пользоваться rpa..
фи ком, умножить рассчит"анную величину эффективноrо rрадиен"
та скорости 6qlwh 2 на Отношение k' Ik". Так как величина этоrо
поправочноrо коэффициента при изменении v в диапазоне от
1,5 до 3 меняется очень незначительно, то для расчета можно
пользоваться ero средним значением, равным 0,93 (при этом отпа
КОНСТРУИрОВАНИЕ rоловак
301
LI. t:,. .
дает необход.имость определения TaHreHca уrла наI{лона аПРОI{
симирующей прямой). Поскольку величины q, w и fl обычно опре
деляются требованиями, которые преДЪЯВЛЯЮТСЯ к rеометриче
ским размерам изделия и производительности машины, то BeJ1II
чину эффективноrо rрадиента скорости можно рассчитывать
.
из выражения 1 . 5,58 q/wfL 2 .
. Проектируя ленточные rоловки, надлеЖIIТ слеДIIТЬ за Tel\l,
чтобы отношение L/D насадка, на КОТОР011 определялась кривая
u
течения, соответствовало относительно и ДЛИI-Iе матрицы rОЛОВКJf.
Для Toro чтобы при одном и том же напряжении сдвиrа продо,п"
жите.пьность пребывания материала в цилиндрическом капилляре
вискозиметра и в канале rоловки была ОДIIнакова, нужно, чтобы
относительная ДЛИllа rоловки L/h в 1,33 раза превышала OTHOCII
тельную Д ТIину капилляра.
Поскольку между расчетом стержневой и ленточной rолово}'
нет никакой разницы, за исключением необходимости введения
поправок в величину sффективноrо rрадиента скорости, примеры
расчета таких rоловок рассматриваться не будут.
Трубные rОJIОВКИ. Трубы можно определить как изделия,
u
полученные из кольцевых rоловок, у которых внешнии радиус
кольца Ro превышает внутренний радиус R i не более чем в 3
раза. Так как даже у очень толстостенных труб отношение RolRt
обычно меньше 1,3, то это определение охватывает все трубные
rоловки. Исключение составляют rоловки для получения пленки
методом пневматическоrо растяжения, в которых расплав рас..
пределяется по периметру кольца специальной трубой или KaHa
лом, называемым коллектором. В трубных rо;ловках давление
112сплава ВО всех точках по периметру щели одинаково, в то время
I<aK в коллекторных rоловках давление по периметру щели обыч
но разное.
Если разрезать кольцевую щель по образующей и развернуть
кольцо на плоскость, то кольцевая rоловка превратится в щеле
вую, напоминающую ленточную rоловку, которая рассматри"
валась на стр. 299. При этом отличие состоит в следующеi\J:
1) в такой rоловке нет боковых стенок И, следовательно, отсут"
ствуют обусловленные ими краевые sq:фекты; 2) сторона листа,
образованная внутренней поверхностью кольца, короче, чеi\1
противоположная сторона, сформированная внешней поверх
ностью кольца. Поэтому при расчетах кольцо рассматривается
как плоская щель, толщина которой равна h Ro R i , а ширина
рассчитывается по среднему диаметру кольца w те (Ro r R i ).
l\\етод расчета по среднему радиусу приводит к неправильным
результатам только тоrда, I{оrда отношение Ro/Rl становится
больше 3. При этом значении Rol R i ошибка в величине произ.-
u
водительности, подсчитанном для течения ньютоновских распла
302
rл'. 1\". ШПРИЦЕВАНИЕ
---,
...
..
вов, составляет около 1,5 % и, по видимому, не HaMHoro больше,
при расчете течения неньютоновских расплавов. Если Rol R i
увеличится до 10, то ошибка возрастает до 7 %. Точная формула
для определения расхода выведена в приложении В. В наиболее
общей форме течение черсз кольцевой канал рассмотрено Фриде...
риксоном и Бирдом 3О .
Подставив средние значения ширины и толщины щели в урав-
нения (168) и (169), получим расчетные формулы для трубных
rоловок:
q
7t (R o Ri) (R o , Ri)3 p
12 aL
(171)
и
k"(Rf) + Ri) (R o Ri)'J+2p
q
3L 'J2 v + 1
(1 7 2)
Расчет можно вести, пользуясь как методом эффективной вяз
кости, [см. уравнение (171)], так и методом кривых течения. Ве--
личина эффективноrо rрадиента скорости определяется Bыpa
жением:
5,58q
1t(Ro + Ri) (R o Ri)2
.
l '
Напряжение сдвиrа на стенке равно:
p(Ro Ri)
..,.. .
'- 2L
Обычно при чриеме шприцуемой полосы ее толщина и ширина
несКОЛЬКО уменьшаются. Точно так же' может уменьшится
диаметр и толщина стенок шприцуемой трубы, если приемка этих
труб будет производиться без соблюдения специальных мер
предосторожности. Обычно центральный дорн, который форми..
рует внутреннюю поверхность трубы, выступает за пределы мат--
рицы и поддерживает трубу изнутри. Это предотвращает умень--
шение диаметра трубы вследствие вытяжки до тех пор, пока
труба не охладится. Удлиненный выступаЮЩИI1: конец охлаждает
ся воздухом или водой, как это показано на рис. 4,49. При' KOH
струировании систем охлаждения дорна необходимо следить за
тем, чтобы. охлаждающая вода не соприкасалась с той частью
дориа, которая находится внутри rоловки. В противном случае
поверхность шприцованной трубы станет шероховатой, BHYTpeH
ний диаметр трубы не будет выдержан и может произойти даже
полное «замораживание rоловки». Принципиальная схема rоловки,
изображенная на рис. 4,49, может быть с успехом применена в
'rоловках для шприцевания профильных изделий. Дорн, который
КОНСТРУИРОВАНИЕ rоловок
303
,
.....17
в этой yr ловой rоловке закреплен за хвостовик, может быть уста...
u
новлен на «крестовине», состоящеи из системы стоек, пересекаю
щих в нескольких местах живое сече.ние потока. Недостаток
крестовин состоит в том, что от ст.оек в rOToBoM изделии образуют...
ся линии стыка. Прочность труб вдолz,. линий стыка понижается
f
f r
\ ,
1/
/
'/ ...,. '/
%
. ,
/:
, i"" -:- . :--
,",", р" ""
;'/ I I . 1
А / '\. '\. " "\ '\. , ,,\:""\. " '\. ... '\. "\. 'i "= t::. : ' ./ / / , / L / I I
'r< х 11' 1 I !JI{ - .= .J. ......
- :..;;; '" "= ; .; : . . , . .
/ . ... t \ 1
Возо!/х- t 1/ if\ ,,"- " " " ...... ,!,\ "\. " '\. " " " " :: " " " " " " " " о'и'"
I 7" . Ir//x/ .J /
d """" ,, '"
'\. ' '.",, " " " " " " '" = : :-
4=
Y'////// . .
1 1..........
I 1
. 1 .....
! . I
,./' /////// i
..
r
Вь/хоа
60иЬ!
t
.
"..
/
..
.JLt6
...
Рис. 4,49. Офсетная трубная rоловка 59 :
l переходной патрубок для соединения rОлОIКИ с шnриц.машнной; 2 мундштук. охлаждае1' Ь)Й
БОДОй; J термоизоляцня.
Муидштук и втулка сменные и устанавливаются в зависимостн от размеров трубы, в данном
случае они рассчитаны H изrОТовление труб диаметРом 32 ММ. Все соприкасающиеся с распла-
ЕОМ металлические поверхностн тщательно ПОJIИРУЮТСЯ и хромируются. Воздух проходИТ иад
трубками. через коТорые ЦИI=КУЛИРУет вода.
'-'
и может оказаться столь малои, что это приведет к существен..
ному уменьшению величины рабочеrо давления и срока службы
труб. Некоторое преимущество rоловок с крестовиной состоит
в том, что такие rоловки не обязательно делать уrловыми или
офсетными, поворачивая для этоrо под прямым уrлом канал, по
которому течет расплав.
Можно полаrать, что качество rOToBoro изделия существенно
зависит от соотношения между величиной L и fl. Перкинс 56 на
основании результатов исследования работы трубных rоловок с
различным соотношением размеров считает, что при шприцевании
304
rJI. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
....... """""""V"f
"""""""""""""""
.... .......
труб из поливинилхлорида и «краластика» оптимальные pe
З)Т)lьтаты 110лучаются Пр}I веЛl'Iчине отношения L/h порядка 38,
ПРI'[ ШПРl1цевании труб из полиэтилена и ацетобутерата ЦеllТ1ЛЮ'
.ТIОЗЫ величина этоrо отношения должна быть около 47.
Профильные rоловки, рассчитываемые по формулам ленточ"
ных rоловок. Существует целый класс rоловок, применяемых
ДJIЯ шприцев ани я профильных изделий, нормальное сечение !{о...
.....
h
."
t:t:
/(0
J
W z
2
1
4
.
s
fj
.
7
8
70
9
Рис. 4,50. Различные типы профильных rОЛОВОI{,
которые r ожио рассчитывать по фОР!vlулам,
u .
выведеиным для плоскои щели.
торых представляет собой или сочетания состыкованных ПОJI0С
одинаковой толщины или одну изоrнутую полосу. Расчет таких
rO.TIOBO!{ можно производить, ПОv1Ь3УЯСЬ любым 113 приведенных
выше методов. Единственное затруднение, которое при этом возни.
кает, состоит в необходимости правильно определить ширину
ще.тIИ w. На рис. 4,50 изображен ряд профилей подобноrо рода.
Некоторые из них будут рассмотрены ниже. Сечение 1 представ
Т"lяет соБО I ПОЛУI\:ОЛЬЦО, и расчет rоловки для ero шприцевания
КОНСТРУИРОВАНИЕ rоловок
305
... ..
.....
..
можно производить по формулам, выведенным для расчета труб..
ных rОЛОВОI{. В сечеНИII 1 и 2 возникают I{paeBbIe эффеI{ТЫ. Сече
иия 3 6 представляют собо.й раЗНОВИД!fОСТИ кольцевых щелей,
у которых отсутствуют краевые эффекты. Единственным осложне..
нием, возникающим Прll их расчете, является правильный выбор
величин w и h. Для сечения 7
w (R o + R i ) (8 + siп В)
rде 8 уrол в радианах, определяющийся из зависимости
е 8 arccosRsl Ro.
Хотя щели такой формы 1'1 не имеют краевых эффеI{ТОВ, в них
с.уществуют более или менее резкие изменения направления де..
. формаций сдвиrа, которые, HecoMHelfHo, вызывают появление свое..
образных уrловых эффектов. Эти уrловые эффет{ты будут сказы..
ваться, IIО ВИДИМОМУ, тем сильнее, чем меньше значение вели..
чины отнош-ения w/h для }(аждой части сечения. То же самое
можно сказать о влиянии уrлов в сечениях квадратноrо и L..об...
разноrо вида.
Толщина щели h во всех изображенных. на рис. 4,50 сечениях
одина}(ова. rОЛОВКli для шприцеваНliЯ профильных издеЛIIЙ,
сечение которых имеет неодина}(овую толщину, будут рассмотрены
ниже.
Кабельные rоловки
Подобно трубным rоловкам, кабельные rоловки относятся к
катеrории }(ольцевых rолово}(. Однако в этих rоловках BHYTpeH
няя поверхность кольца образуется изолируемой ЖliЛОЙ, }(оторая
u u
протяrиваетс'я через rоловку с линеинои скоростью, равнои ли-
нейной производительности машины_ На шприц"машинах MorYT
оБКJI8дываться как отдельные тонкие жилы, та}( и кабели, состоя..
щие из множества отдельных проводов общим наружным диамет"
ром до 150 )14.41. Теl\Л не l\1eHee расчет rоловок производится по одним
И тем же уравнеl ИЯМ.
Проходящий через rоловку провод уносит с собой некоторое
количество расплава за счет существования вынужденноrо по..
тока. Если определять величину расхода этоrо вынужденноrо
потока, пользуясь методом расчета, основанным на аналоrии с
u
плоскои щелью, то вследствие значительном разницы между
площадью внутренней поверхности, на }(оторой ВОЗНИI{ает поток,
6
И площадью внешнеи поверхности результат получается несколь..
ко завышенным. Если расплав представляет собой ньютоновскую
.жидкость, а R i 0,9 Ro (что э}(вивалентно щели с w/h 60), то
Прlf расчете по приближенной формуле ошибка составля..
ет 3,3 %. Для Toro, чтобы точность расчета вы.нужденноrо
. ..
потот{а и расхода материа&J1а в результате существования пере..
20 ПерераБОТl{а термопластичных материалов
306
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
.
пада давлений была одинаковой, необходимо пользоваться уточ
ненной формулой для вынужденноrо ПОТОI{а.
Если бы провод был неподвижен, расплав выдавливался бы
через кольцевую rцель только под воздеиствием перепада давле
ний. Величина объемноrо расхода моrла бы быть подсчитана по
формулам, выведенным для трубных rоловок. Результируюrций
расход представляет собой сумму обеих компонент:
q Qd+Qp
Расход вынужденноrо потока для расплава, обладающеrо свой...
'u
cTBaMl1 ньютоновскои жидкости, равен:
2 132 1
qd VwRi 21пр 1 (173)
rде VW скорость обклады'ваемоrо провода, СЛf/сек;
Ro/R i
Определение расхода расплава, обладаюrцеrо свойствами ненью"
тоновской ЖI1ДI(ОСТИ, производится по формуле:
1tV w R1(1 'J} 3 (3 'J) I + 2
qd r (3 'J) ((3 I " 1) ' (174)
Исследование уравнения (174) показывает, что Иl\f можно поль...
З0ваться только при =I= 1 и '1=1=3, так как при значениях 'I 1 И
'у 3 оно имеет разрывы. Однако случаи, коrда точно равно 3
встречаются довольно редко. Кроме Toro, ознакомление с MeTO
дом вывода этоrо уравнения, приведенным в приложении С,. по
казывает, как можно вывести уравнение и д.ля v 3. Уравнение
(173) приводится здесь потому, что течение ньютоновской жид...
кости ( 1) представляет несомненный интерес. Следует также.
u
Отметить, что вязкость не входит ни в одно ИЗ этих уравнении.
Хотя толщина слоя, связанноrо с существованием вынуж 4lO '
денноrо потока, может быть весьма значительна, обычно на прак",
ТИI(е для увеличения толщины слоя в rоловке создают некоторое.
избыточное давление. Расход течения под влиянием этоrо избыточ"
Horo дав.nения можно оп-ределить по уравнеНИfО (171), пользуясь.
либо методом кривых течения либо методом эффективной вяз -
кости (который В данном случае является приближенным). B(' .
личина эффективноrо rрадиента скорости определяется выраже
. нием:
dv
dr
w
_ V w + . ..5,58qp
.. Ro1nRoIRi 7t(Ro+Ri)(Ro Ri)2
(175)
КОНСТРУИРОВАНИЕ rоловок
307
Обычно приходится определять длину матрицы Для этоrо
.вначале нужно из уравнения (174) рассчитать величину расхода
материала qd' ЯВЛЯIОЩУЮСЯ следствием вынужденноrо потока.
.Затем, вычитая qd из производительности q, надо установить
величину расхода напорноrо потока qp, возникающеrо вследствие
существования перепада давлений. Из уравнения (175) вычис"
u
,.ляется rрадиент СКОРОСi'И и по кривои течения определяется вели-
.чина эффективной вязкос,ти. По уравнению (171) и величине рас-
,хода напорноrо потока qp рассчитывается ДЛуIна матрl-IЦЫ.
т ак же как и друrие шприцованные изделия, оболочка кабеля
при выходе кабеля из rоловки может быть вытянута. Величина
:степени ВЫТЯЖI{И D R при этом. равна:
R R1
(Ri + t)2
т ..
( 176)
DR
R?
1
'"
тде t . конечная толщина покрытия.
Зная DR, t и радиус жилы RI' можно, разрешив ОТIlоситель"
но Ro уравнение (176), определить радиус отверстия в матрице:
.
Ro v (DR) [(R i +t)2 Rl] + Rl
( 177)
Коллекторные листовальные rоловки
Коллекторные листовальные rоловки представляют собой ще-
левые rОЛОВКI1:, в I{OTOPbIX расплав подводится к щели при помощи
специальной трубы, канала или коллектора, расположеllНЫХ
параллельно CTeHKa ' щели. Коллектор присоединяется к шприц..
машине или одним из своих концов или серединой. Коллектор--
ную rоловку с центральным питанием можно рассматривать
KaI{ две rqловки с половинной шириной щели. Упрощенная схема
.такой листовальной rоловки изображена на рис. 4,46. Метод
, u
расчета коллекторных листовальных rОЛОВОI{, основанныи на
..использоваНИl1 степенноrо закона течения, и подробный анализ
tJ
.возникающих при этом вопросов изложен в специаЛЫIОИ лите..
.ратуре1В, 19. Несколько иной подход можно найти у Уикса 71 ,
который приводит результаты приБЛI1:женноrо интеrрирования
u u
уравнении течения жидкости, подчиняющеися '.степенному
,.закону.
rоловки TaKoro типа отличаются от рассмотренных выше
.ленточных rоловок тем, что в них вдоль коллектора устанавли-
вается некоторый перепад давлений. Поэтому давление, под 1{0
'торым расплав вытекает из щеJIИ, оказывается несколько боль
и
ши:м со стороны щели, прилеrающеи к входу в коллектор, и не..
20*
308
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
.......... ...........
... .....
u
CKOJlbKO меньшим со стороны, расположеННОlI у ПрОТИВОПОс'ТIож
Horo входу конца коллектора. Если размеры ll ели по всей ее . ТIине
остаются неизменными, то из за раЗЛИЧl1Я в веtличине давле..
ний скорость истечения материала на удаленном участке будет
меньше, чем скорость истечения на участке, расположенном
около входа в I{оллеI{ТОР (см. пример на стр. 279 280).
На праI{тике применяются три различных способа компе.н"
саЦИlf потерь давления в I{ОЛ 7Jекторе. Первый способ заключается
в том, что толщина щеиl1И по мере удаления от входа в I{Ol.fI"rJeKTop
увеличивается. Второй способ co
стоит в то1'.1, что для КОI\fпенсаЦИII .
потерь давления, температура r0 4
ловки по мере удаления от входа
в кос-плектор неСI{ОЛЬКО повыша..
. ется. Это .увеличение температу"
ры сопровождается уменьшеНI1ем
эффективной вязкости расплава,.
обеспечивающим выравнивание
CKOpOCTII ШПР"Iuевания. Однако
при использовании 3Toro способа
очень трудно добиться заданноrо
распределения температур и не-
обходимой степени реrулирования
вязкости.
Третий способ I{оrvIпенсации
потерь давления заl(лючается в
том, что между коллектором и.
rубками щели располаrается pe .
rулируемое дроссеЛИРУlощее сопротивление, подобное изображен
ному на рис. 4,51. Изменяя степень дросселирования, можно
добиться любоrо уменьшения давления на дроссеЛИРУlоще l при
способлении и блаrодаря этому обеспечить заданную степень
u
постоянства давления по всеи длине щели.
В листовальных rоловках температура расплава очень СИJIЬНО
заВI1СИТ от местных изменений температуры rОЛОВI{И. rIоэтому,
для Toro чтобы получить оптимальны результаты, необходимо:
поддерживать во всех местах r 1 ОЛОВКИ одинаковую температуру,
по возможности близкую l( TeMIlepaType поступающеrо в rOLfJOBK)T
расплава. Поэтому следует уделять особое ВIIимание rlравиль
HOl'ity расположению наrревателей, обеспечению хорошей систеМЬ1
u
термореrулирования и тщательнои термоизоляции rоловки.
Как уже отмечалось выше, в щелевых rоловках с постоянными'
размерами щели и канала коллектора величина скорости шпри
цевания в разных местах щели различна. "Отношеllие расхода на
участке, максимально удаленном от входа в коллектор, I{ расходу'
2 J
L,
/
Рис. 4,51. Схема конструкции ли..
стовальио'Й rоловки с реrулируе..
1vlbl1v1 сопротивление (поперечное
сечение):
l винт реrУJ1ИРОБКИ СОnрОТИБлен-ия; 2 He
подвижная rубка; 3 реrулируемое сопро
тивление; L4 реrулируемая rубка; 5 Винт
реrулировки rубки:.
КОНСТРУИРОВАНИЕ rоЛОВОК
зо
на участке, прилеrающем к входу, называется индексом разното п....
щинности и В дальнейшем обозначается и f.
Целесообразность введения понятия и / заключается в том,
что, пользуясь и /, можно проектировать листовальные rоловки,
которые будут обеспечивать шприцевание пленки или листа с:
u
заранее задаНI-lОИ степенью постоянства толщины r..1атериала по
ширине изделия. Правильное прое]{тирование rоловки должно
начинаться с определения величины и /, обусловливающей полу
Q
чение изделии нужноrо !{ачества.
В коллекторных rоловках расплав течет в двух направлениях:.
ВДО.пь канала и через щель. При этом ширина, щеЛl-1 w равна длине
канала. ДЛIIна rубок щели обозначается L.
Задача, которую приходится решать ]{ОНСТРУ]{ТОРУ, может
быть сфорrvlулирована следующим образом: необходимо так подо..
брать радиус канала R и длину rубок щели L, чтобы обеспечить.
заданную величину и /. Анализ расчетноrо уравнения показы .
вает, что спроектировать rоловку с и 1, равным единице, невоз".
{ожно_ Более Toro, чем ближе значение и/к 1, тем сложнее CTa
новится конструкция rоловки. Поэтому следует довольствоваться
минимально приемлемым значением и /. На пра]{тике это значе
ние будет близким к 0,95. Ниже приводятся необходимые pac
четные уравнения:
k"wh 'J+2
11'1
З_q.2'J+1
1 jv
р
( 178)
.
L .
и
1
(и 1) ('1+1 )/--
( 179)
а
u V /'J+1
W
1 и и 2 иЗ
'J + 2'i + 2 + З'J + 2 + 4'i + 3 +. · ·
( 180)
R
(v + 3)h v+l 1 j('J+2)
r
21t'J( \J + 2) L V cl v+l
(181)
rде II И а определяютс.я в зависимости от величины и / по ypaB .
нениям (179) и (180)_
q величина объемноrо расхода, ПрИХодящаяся на одно
ответвление rоловки. В rоловке с ОДНОС'fОРОННИМ входом
u
расход равен полнои производительности шприц машины.
В rоловке с центральным питанием q равно половине
производительности шприц..машины.
Поскольку величина напряжеНIIЯ СДВиrа в канале коллектора.
во MHoro раз меньше, чем в rубках щеJIИ, то кривые течения не..
которых материалов не удается апроксимировать степенным за
310
rJl. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
КОНОМ течения во всем этом интервале напряжений сдвиrа. Если
выбрать параметры степенноrо уравнения так, чтобы оно удовле
творительно описывало ветвь кривой, расположенную в области
более высоких напряжений сдвиrа, то rоловка, рассчитанная по
этим уравнениям, даст несколы{о завышенные значения U 1..
и наоборот. В тех случаях, }(оrда обычный степенной закон недо--
статочно удовлетворительно описывает кривую течения, можно
попытаться вывести вышеприведенные уравнения, исходя из урав..
нения течения Джи Лайона [уравнение (151)]. Однако это.
ПО ВИДIIМОМУ приведет к очень большим осложнениям.
Друrой способ состоит в том, чтобы, определив параметр'ы
"
степенноrо закона течения по ветви кривои течения, расположен-
ной в области маI{симальных напряжений сдвиrа, най rи из урав--
пения (178) величину L. Затем приняв 'J 1, определить по осталь
ным уравнениям величину R. Т ак как уравнение (178) представ--
ляет собой по существу видоизмененное уравнение (169), то
можно определить L, пользуясь также методом кривой течения
или методом эффеI{ТИВНОЙ вязкости, а затем, приняв 'V 1, опре 4lO
делить из последних трех уравнений величину R.
Подробный пример использования для расчета четырех выше--
приведенных уравнений можно найти в работе Карлея 19 . в этой
же работе изложен друrой метод, задача KOToporo состоит в опре--
делении размеров rоловки: с и 1 1,0. Особенность последнеrо
метода заключается в том, что, пользуясь теми же четырьмя
уравнениями, подбирается такой закон изменения размеров L
и h по ширине щеЛИ t Прl1 котором возникающие потери давления
полностью }{омпенсируются уменьшающимся сопротивлением ще...
ли. Те же самые уравнения можно использовать и при расчете ro
ЛОБОК дЛЯ получения пленки методом пневморастяжения. Эти ro"
лов}{и представляют собой по суш.еству обычные коллекторные
rоловки, I{анал которых имеет форму тора,. При расчете за длину
канала коллектора следует принимать половину длины осевой
окружности тора.
Из 'вышеприведенных уравнений следует, что для обеспечения
постоянства заданноrо значения И/ с увеличением фронтальной
ширины щели. w необходимо увеличивать и R }{анала.. Пос}{ольку
во всех случаях из конструктивных соображени:й желательно
по возможности уменьшить R, ТО почти всеrда отдают предпочте
иие rоловкам с центральным питанием, а не с односторонним
питанием.. В rоловках с центральным питанием расчетное значе..
иие w вдвое меньше, чем в rO 71oBKax с. ОДНОСТОРОНIIИМ питанием.
В некоторых современных rОtповках питающий поток разделяется
на неСКО/IЫ{О pYlIbeB и канал I{ОЛ.JIектора имеет не один, а несколько
подводящих патрубков. Ес 'iИ разделение ПОтока сделано правиль..
но, то такая конструкция кол..ттектора rоловки позволяет, не сни--
КОНСТРУИРОВАНИЕ rоловок
311
ь. .....
жая величины и f, существенно уменьшить радиус канала. При
этом rолов}{а получается более }{омпа}{тной и леrкой. Однако
следует иметь в виду, что разделеНУlе пото}{а может вызвать ПОЯВ
ление дополнительных продольных сты}{ов, }(оторые, в особе н...
ности при шприцевании эластичных. расплавов, MorYT впосле,д
ствии оказаться слабыми местами изделия.
ЛистоваJ1ьиые rОJ10ВКИ типа «рыбий хвост» (КJ1иновоrо типа)
Продольный разрез листовальной rоловки типа рыбий хвост
изображен на рис. 4,52. В этих rолов}{ах образуетс.я пото}{ с
более равномерно расположенными JIИНИЯМИ тока, чем в кол-
лекторны ( уrловых rоловках. По
этому в таких rоловках леrче из
бежать появления мертвых зон. ro
ловки КJIиновоrо типа ИСПОЛЬЗУIОТ
ся rлавньJМ образом при шприцева
нии наиболее теРl\10чувствительных
пластичес}{их масс. Расчет этих r0 04
ловок можно производить нес}{оль
}{ими меТОДами, ниже будет. рассмот"
рен наиболее простой из них.
т ак же как и при расчете }{оллек"
торных rолово}{, прежде Bcero опре..
деляется величина индекса допусти
мой разнотолщинности и /. За веЛfI
чину инде}{са разнотолщинности при 4а
нимается отношение удельноrо рас..
хода на краю щеЛуI к удельному
расходу в центре щели. Посколы{у
'u
путь, проходимыи расплавом от входа
в rоловку до середины щели, не..
с}{олько короче, чем от входа до
края щели, то можно было ожидать, что, если бы сечение под..
водящеrо канала было одинаково по всей ero ширине, давление
в I eHTpe щели оказалось бы нес}{олы{о выше, чем на краю щели"
Расчетные уравнения позволяют так выбрать толщину подводя..
щеrо канала h 1 и длину rубок ще"ТIИ L, чтобы была обеспечена
заданная ве&JIичина и /.
Пусть половина уrла при вершине }{лина }{анала будет равна 8,
ширина щели w, толщина подводящеrо канала h 1 . Пусть так..
же давление на входе в rоловку будет равно р, перепад давления
в подводящем }{анале Рl (приближенно, так ка}{ он несколько
изменяется ОТ центра к краю), а перепад давлений в rубках щели
Р2- Толщина ще.J:rи h 2 равна заданной толщине шприцуемоrо из..
А/о
....
1 . t
I \
i \ \
/8 r \
. \
I I ,
L /.! J \
I u".; . )1\
/ \
I \
I \
/ \
/ \
I \
I 1 Lz \
y ......
[
.
'-'/;
I
w
h,
"....
...................... .........
......
Рис. 4,52. Схема листов альной
rоловки типа «рыбий хвост».
312
rл. IV. ШПРI-IЦЕВАНI-IЕ
.и.' .ь.......
"-'
дели я, умноженнои, так 'же как и в друrих rоловках, на степень
вытяжки. Тоrда расчетные уравнения имеют следующий вид:
1 ( и 1) I j'J
sec Е> 1
( 182)
l' рl
Р2
rде т Welw, а W e средняя эффективная ширина щели.
h 1
ур
.......
l+у
15qw 1(ctg ey lIJ(v+2)
...,
k" 'J
Рl
Рl
( 183)
(184 )
k"wh +2p 1/
.
3.q.2 v + 1
( 185)
( 186)
Р2 р Рl
L 2 .
.Пр11 использовании метода эффективной вязкости расчеТllые ура в..
.нения имеют вид:
1 И!
....
sec Е> 1
т
( 187)
1
р!
Р2
т
ур
Рl ; 1 + у
( 183)
h 1 ':'
15q(.Lal ctg Е> 1/3
Рl
( 188)
rде f.L a l' определяется при эффективном rрадиенте скорости, COOT
ветствующем среднему сечению подводящеrо канала. Величина
эффективноrо rрадие'нта скорости у стенки ]{анала равна 15 q/whr
L
Wh P2
12[J-a2 q
. (189)
rде !-1а2 эффективная вязкость, определенная при .эффективном
rрадиенте CKOpOCT I, существующем в щели, т. е. 6qlwh .
Изложенный метод расчета очень прост; 11М леrко пользО"
ваться в производственных условиях. Однако этот метод имеет
существенный недостаток. При ero использовании объем подводя..
щеrо канала о}{азывается существенно большим по сравнению
с объемом ]{анала, СПрОфИЛlIрованноrо так, чтобы rлубина подво..
дящеrо }{анала по мере удаления от центра несколько возрастала.
Точно раССЧ1[тать профиль поперечноrо сечения подводящеrо
канала для неньютоновс]{их >kидкостей весьма С"Тlожно, так как
КОНСТРУИРОВАНИЕ rоловок
313
..........
.......
течение в !<анале является двумерным. Кроме Toro, изrотовить
канал с такой сложной !<риволинейной поверхностью было бы
также довольно трудно.
r олоВки для шприцевания изделий с клиновидным сечением
В данноl'Л разделе рассматриваются rоловки для шприцевани_я
клиновидных профилей, у которых разность в ширине оснований
составляет не более одной десятой ширины профиля. 11наче ro..
воря, уrол, при вершине клина не должен превышать 60. Этим
условием оrраничивается область применения приведенных ниже
расчетных формул.
dz
I c1t!
z
w
t
. Рве. 4 5З. Схема матрицы для шпрйцевания ПрОфИ lЯ
с кли новидныrvl поперечным сечениеJ\'I.
Из рис. 4,53 очевидно, что ШИРИI-Iа щели h в любом ее месте,
'u
находящемся на расстоянии z от вершины, ширина которои
равна 110' определяется выражением:
h . z tg е + ho
(190)
rде в уrол при вершине щели.
Предположим, что длина щели L одинаков по всей ширине
щели. Рассмотрим полоску щели длиной dz, находящуюся на
расстоянии z от -вершины щели. Поскольку обе боковые rрани
этоrо участка соприкас.аются с движущимся расплавом, концевые
эффекты отсутствуют. Поэтому для определения величины pac
хода можно воспользоваться уравнением (169). Подставляя в
уравнение (169) вместо h уравнение (190) и вместо w величину dz,
получим выражение, определяющее расход через участок щели
шириной dz: '
k"p dz (z 19 е + ho)v+2
dq . 3L'J2'1+1
.
(191)
.
Для Toro, чтобы определить суммарный расход через клиновидную
щель, можно было бы проинтеrрировать это уравнение. Однако
314
rJI. IV. ШПРИЦЕВАI1ИЕ
-
-
в данном случае интересно оценить изменение уделыlоrоo расхода
dq/dz в зависимости от расстояния z. Ве..ТIИЧИНУ dq/dz можнО
получить, разделив обе части уравнения (191) IIa dz. ЛеrI{О убе
диться, что даже если расплав обладает свойствами НЬЮТОНОБСКОЙ
ЖИДI{ОСТИ (v 1), полученное выражение не является линейной
функцией. Поэтому очевидно, что если изделие шприцуется через
матрицу с таким сечением и при этом скорость приема изделия
одинаI{ова по всей ero ширине, величина расхода с более широкой
стороны профиля была бы непропорционально веЛИI{а. В резуль
тате I{aK верхняя, так и нижняя поверхность профиля имели бы
выпуклую форму, а отношение толщины профиля у основания
к толщине при вершине Оl{азалась бы значительно больше, чем
отношение hf!h o . Если нужно шприцевать профиль J{ЛИНОВИД
Horo сечения, то стенки матрицы со стороны более широкоrо ос..
нования ДОЛ)l{НЫ быть сделаны выпуклыми. Можно также с
J-I-елью компенсаЦl1И сделать матрицу с переменной длиной L.
ЕДИН,ственным критерием при проеI{тировании rОЛОВОI{ для
шприцев ани я клиновидных профилей является УС.IIовие, что dq/dz
u
линеино зависит от z:
dq
dz
а + bz
( 192)
Коэффициенты а и Ь определяются размерами и формой профи&ття,
U
величинои производительности и степенью вытяжки.
Рассмотрим вначале rоловку, у которой длина щели L по..
стоянна, а толщина щели h изменяется таким образом, чтобы
удовлетворить уравнению (192):
dq
.
dz
k" Р 'J h -J+2
""-
31 2v+l
(193)
Приравнивая правые части уравнений (192) и (193) и разрешая
полученное уравнение относительно h, получим:
h
3L \)2 +I(a + bz) 1/(\> 2)
k " Р 'J
(1 94 )
Пусть ho толщина щели со стороны более УЗI{оrо конца, rде z 4 О
(см. рис. 4,53). Тоrда из уравнения (194) следует, что
h а + bz lj('J+2)
110 а
( 195)
Это уравнение позволяет определить h в зависимости от ho и z;
однако значения ho и z взаимно связаны и для данноrо значения
dq/dz определяются давлением р. Пусть ho равно заданной тол..
КОНСТРУИРОВАНИЕ rоловок
315
щине узкоrо ]{рая шприцуемоrо изделия. Тоrда, так ка]{ пр!!
h ho величина dq/dz а, МОЖНО, пользуясь уравнением (193),
определить величину L. /равнение (195) позволяет составить таб..
лицу значений h в различных местах щели, которые должны быть
обеспечены при фрезеровании матрицы.
Рассмотрим теперь матрицу для шприцевания клиновидноrо
профиля, у КОТОРОЙ толщина щели h постоянна, адлина матрицы
L изменяется. При :JTOM наибольшую длину ИМеет тот участок
матрицы, у KOToporo шприцуемый профиль должен иметь наи
меньшую толщину. Приравнивая у.равнения (191) и (192) и разре
шая полученное выражение относительно L, получаем:
L а lJv
Lo а + bz
В рассмотренном случае было бы Iпучше принять за толщину
щели h размер БОJIьшеrо основания шприцуемоrо профиля. Если
подставить это значение. в уравнение (191), то при условии, что
при L Lo dq/dz а, можно определить величину Loa Подста
новка значения Lo в уравнение (194) позволяет вычислить зна
чения L, необходимые для изrОТОВtJТ'Iения матрицы. Так ]{ак ве...
личина расхода в rораздо меньшей степени зависит от L, чем от h,
и так как обычно L по абсо"Т!ЮТНОЙ величине rораздо больше h,
u
то при одинаковои точности изrотовления матрицы изделие луч
шеrо ]{ачества получается в матрице с переменной длиной L.
Теперь остановимся несколько подробней на методе определе
ния коэффициентов а и Ь.
Пусть t 1 толщина rOToBoro профиля со стороны TOHKoro
края; t 2 толщина профиля со стороны ТОЛСТОrО края и W
ширина. профиля. Выходящее из rолов]{и изделие имеет раз..
меры: t 1 (D R), t 2 (DR) и w (w ширина щели, а D R степень вытяж"
ки). Предполаrается, что при вытяжке происходит равномерное
уменьшение толщины профиля, ширина KOToporo сове.ршенно
не измеI-Iяется, поэтом)' W w. Однако если из опыта известно,
что ширина профиля также уменьшается, что w должно быть боль..
ше ltl T на соответствующий коэффициент вытяжки. Со стороны
TOH]{OrO края величина dq/dz о ределяется выражением
2t 1 Q/w(t 1 t2). Со стороны толстоrо ]{рая
2t 2 q
dq/dz - w(t 1 + (2)
(1 96)
Отсюда получаем формулы для определения а и Ь:
2qt 1 (
а - w(t 1 + ' 2 ) 197)
b 2q(t2 - 1) (198)
w 2 (t 1 + t 2 )
316
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
.До сих пор предполаrалось, что ребра шприцуемой полосьr
ПО'ЛНостью подобны ребрам щели в матрице. Однако, поскольку
уrлы матрицы тормозят движение материала, уrлы полоски В
сечении будут иметь не острые, а скруrленные вершины. Если
нужно изrотовить полоску с чет!{ими прямыми уr.,Тlами, то лучше
Bcero вначале шприцевать полосу несколы{о большей ширины
и затем обрезать у нес КРОМI{И. Можно, конечно, попытаться TaI(
спрофилировать матрицу, чтобы из нее сразу выходила полоса
с ПРЯ А:ЫМИ уrvТfами. ОднаI{О добиться этоrо можно только опытным
путем, так I{aK никаких методов расчета для этоrо не существует.
Конструктор должен иметь в виду, что оrраничения, касаю
щиеся величины отношения L111, которые были рассмотрены на
стр. 290 и стр. 304, в равной мере относятся и к rоловкам, пред"
назначенным для шприцевания !{ЛI1НОВИДНЫХ профилей.
Существуют таI{же разновидности !{линовидных полосок С
t.I
криволинейными rраНЯМII, наПРl1мер проклаДI{И, !{оторые' от ли..
чаются от плоских профилей тем, что хотя их боковые rрани
так же сб!JТJI1жаются друr с друrом, это сближение нелинейно
;связано с изменением поперечноrо расстояния. Однако люБУJО
полоrую кривую можно апроксимировать несколькими прямыми
линиями. Поэтому методы, изложенные выше; вполне приемлемы
также и для расчета криволинейных профилей.
Прl1 друrом методе подхода можно задать изменения толщины
шприцуемоrо изделия в виде уравнения, например:
dq
dz
f (z)
Подставив это выражение в уравнение (192), можно получить
уравнение для расчета сечения матрицы обеспечивающеrо нуж-
ную форму изделия.
rоловки для шприцеВаниЯ изделий сложноrо профиля
, u
С участками неравнои ТОЛIЦииы
На стр. 304 были рассмотрены профильньrе изделия, нормаль-
ное сечение которых можно представить образованным из _ отдель"
НЫХ полос одинаковоfI толщины. Аналоrичным образом можно
рассмотреть профили, состоящие 11З полос неОДинаковой толщины,.
стержней и клиноВидных лент. При ш'прицевании мно их изделий
совершенно невозможно избежать резкоrо изменения направле..
ния ПОТОI{а (и rрадиента СI{ОрОСТИ). Во всех таких точках появ-
ляются местные двумерные течения; ,поэтому во всех СЛ'J7чаях
стыки отдельных элементов сечения ПрОфИJIЯ l\1orYT быть очаrами
u
возмущеJIИИ в ПОТОI{е.
КОНСТРУИРОВАНИЕ rоловок
.......
317
Меняя CTelIeHb вытяжки, I'ложно из одной И той же матрицы
.шприцевать изделия с раЗЛУIIIНОЙ толщиной (пленки BOPOHI{lI из
плаСТI1фицированноrо поливинилхлорида иноrда Бытяrиваются в
20 1)33). Теоретически можно вытяrивать профильное изделие,
u u
.сечеНIlе l oToporo состоит из двух частеи различнои толщины,
u u u
ШПРI-iЦУЯ ero через матрицу с постояннои толш.инои И различнои
.длиной щели. ОднаI{О, ПОСIСОЛЬКУ перепад давлений для всех
учаСТI(ОБ щеJIИ одинаI(ОВ, величина напряжений сдвиrа будет мень..
.ше на учаСТI{ах, которые имеют большую длину. Следствием этоrо
u
является реЗI{ое увеличение всяких возмущении, ВОЗIIикающих
. на учаСТI{ах с переменным сечением. Поэтому, конструируя мат..
"трицы для шприцевания профильных изделий с сложным сечениеrvf,
'надо стреМIIТЬСЯ I( тому, 'чтобы напряжения сдвиrа по всему пе..
.риметру щели были однаковы:
ph
ИЛI!
2L
pR
2L
.
':Следует таI{же обеспечить по всему сечению изделия постоянную
-степень ВЫТЯЖI{И.
Проектируя матрицу, необходимо стремиться к тому, чтобы
в различных точках сечения величина отношения L/ R или L/h
-была одинакова, так Kal{ при этом напряжение сд'виrа по всему
периметру также оказывается одинаковым.
При проекти'ровании сложной матрицы сначала выделяют уча--
стки с круrлым сечением и для них рассчитывают значения L
'Н R. После этоrо переходят к расчету участков, имеющих форму
плос!{их или КЛИНОВИДных полос, учитывая, что в результате
вытяжки может происходить уменьшение ширины отдельных
:участков на 5 10 %. Затем рассчитывают среднюю поступатель-
ную скорость каждоrо участка сечения. Для этоrо величину q со-
,ответствующеrо участка делят на площадь ero поперечноrо се..
'.чеНI1Я. Далее. рассчитывается величина степени вытяжки отдель-
ных участков, причем за скорость приема принимают максималь..
ную скорость отдельных уча тков сечения. Если для всех участков
степень вытяжки не превышает 3 : 1, то можно рассчитывать на
хорошее качество изделия. Если же степень вытяжки отдельных
участков оказывается значительно большей, то приходится OT
l{азаться от соблюдения постоянства отношения L/h с тем, чтобы
..добиться более равномерной ВblТЯЖI(И различных участков. Из..
rотовить матрицу для шприцевания профильноrо изделия неболь...
ших размеров с различной профилирующей длиной на различных
участках очень трудно; также не просто профрезеровать в матрице
'тонкую щель с острыми I{ромка 1И, в особенности если учесть,
что Б HeI{OTOpbIX случаях может понадобиться щель с I{риволиней..
иыми I{онтурами. Часто эту работу можно упростить, если из..
318
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
rотовить матрицу из несколы{их предварительно тщательно
приrнанных друr к друrу частей, которые разбираются для TOrO)L
чтобы можно было обр аботать профилирующее отверстие.
r оловки для шприцевания «массивных профилей })
«Массивными профилями» обычно называют ПРОфИJIьные из
делия с треуrольным, квадратным и т. д. поперечным сечением,.
относительные размеры KOTOpOI"'O не позволяют использовать
для расчета уравнения теории одномерных течений. Интеrрируя.
ypaBHeHI1e HaBьe TO}{Ca для случая двумерноrо течения, I{aK
это приходится делать при расчете «массивных профилей», необ...
ходимо . прежде Bcero определить rраничные условия, I{OTOpbIe
учитывают форму профилирующеrо отверстия в матрице По
u
скольку решения этих уравнении приходится искать в виде ря
дов Фурье, или бесселевых функций, содержащих экспоненциаль..
ные коэффициенты, метод обратноrо расчета оказывается очень
сложным, а иноrда и совсем неосуществимым. Дальнейшее ослож
нение обусловливается тем, что в большинстве случаев расплавы
являются неньютоновскими жидкостями. При попытке приме
нить степенной заI{ОН для описания двумерных течений дифферен",
циальные уравнения в частных производных превращаются в He
tlТ"Iинейные уравнения с дробными ПОI{азателями. В опуБЛИI{ованной
литературе можно наити только уравнения, описывающие тече
u
ние ньютоновских )Кидкостеи через отверстия сравнительно про...
стой формы: квадрат, равносторонний треуrольни}{, эллипс,.
прямоуrольник и некоторые друrие
Пао 55 опуБЛl1I{овал дифференциальные уравнения, описываю
щие трехмерное течение высокоэлаСТl1чеСI{ИХ жидкостей.. Однако
ДО сих пор не было получено решений для случая двумерноrо и
TpeXMepHoro течения. Только для течения ПОЛИСТИРОtlТ'lа бы по
предложено нес}{олько полуэмпиричеСI{ИХ зависимостей 13 .
В некоторых случаях можно попытаться использовать реше
ния, IIОЛУIIенные для течения ньютоновских жидкостей, в особен
ности это касается профилей массивноrо сечения. Впервые ypaB
о
нения, описывающие распределение СI{оростеи в потоке с эллип..
тичеСI{ИМ и прямоуrольным (включая квадратное) сечеНИЯIvIJI,
были получены Буссинеском 16 . Течение в канале прямоуrольноrо
сечения можно рассчитать, пользуясь двумерными уравнениями
для противотока в канале червяка (см. начало настоящей
rлавы) .
Я рдофф75 опубликовал приближенное решение, описываIощее
поле с}{оростей в }{анале, сечение }{OTOpOro имеет форму равно..
CTopoHHero треуrольника.. Ссылаясь на неизвестный ИСТОЧНИI{,
КОНСТРУИРОВАНИЕ rОЛО80К
319
я рд()фф ПРИВОДИТ уравнение:
ру l(у уз d)2 3x. ]
V
4у3 {-ldL
( 199)
rде- d половина стороны треуrольника, одна из сторон ]{OTOpOro
совпадает с осью X OB. Высота, опущенная на эту CTO
рону, совпадает с осью Y OB. Координаты вершин треуrоль
ника х d; +d; у +dVЗ.
Как И следует ожидать, максимальная скорость
середине 1'реуrолыIкаa с координатами (о; d/VЗ).
соответствующий ур авнению Я рдоффа, изображен
На этом же рисун]{е пред
ставлены тр и кр ивые по
u
стояннои скорости, для
u 0,9; 0,5 и 0,1 и тах . Pac
положенная за пределами
треуrольника пунктирная
кривая изображает форму
отверстия, для KOToporo
u
линия постояннои CKOpO
СТ'И О, 1 И таХ имела бы почти
прави.ТIЬНУЮ форму. (He
u
ньютоновскии Xapal{Tep те..
чения проявляется в том,
ЧТО поток становится бо-
л ее бл из к им к стер жне.. L ....- ...... ....... ............
вому, т. е. линии постоян..
u
нои скорости начинают
l{a]{ бы выпучиваться.)
Можно без большой ошиб..
ки принять, что если ли-
ния 0,1 имеет треуrоль.
ную форму, то и сечение шприцуемоrо профиля будет точно
треуrольным.
Можно полаrать, что «рела]{сационные методы», которые о]{а..
зались плодотворными при исследовании нестационарных про..
цеССОБ теплопередачи в сложных системах, позволят в очень не..
далеком будущем разработать методы расчета формы сечения отвер"
стия в матрице для шприцевания изделий даже с более сложной
конфиrурацией поперечноrо сечения. Этот расчет та]{же был бы
основан на определении профиля отверстия, для KOToporo конфи..
rурация линии 0,1 U П1ЗХ совпадала бы с профилем fl0перечноrо
сечения шприцуемоrо изделия.
соответствует
т реуrольник,
на р нс. 4,54.
49
I
Рис. 4,54. Распределение скоростей в потоке
жидкости, текущеи через треуrольное OTBep
стие.
lluФры на КриВblх.........Величииа отношения V!V rnax '
320
...
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
........... J r ---------ч-
Для получения изделий с более ТОЧНЫl\.I профилем можно таКже
U u
воспол зоваться rОЛОВI{ОИ с удлиненными охлаждаемыми водон
rубками (пат. США 2365375).
Особенности технолоrии изrотовления rоловок
Выше задача прое!{тирова'НИЯ rОЛОВI{И рассматривалась только
u
С точ!{и зрения закономерностеи вязкоrо течения полимеров.
Одна!{о при проеI{тировании rолово!{ следует также принять во
внимание вопросы технолоrии изrотовления, I{оторые выходят
за преде&i'1Ы проблем, рассматриваемых в этой !{ниrе, и скорее
относятся к области общеrо машиностроения. В !{ачестве пр и мера
!{онструктивных проблем, с которыми приходится сталкиваться
при I{онструировании rоловок, можно привести деформ.ацию OT
дельных частей rолов!{и, в особенности профилирующих rубок,
вознит{ающую вследствие HepaBHoMepHoro термичеСI{оrо расшире-
ния, влияние.внутреннеrо давления, а также веса и прочности
u
сопр яженных деталеи rоловки.
На целом ряде заводов, изrотовляющих шприц маIllИНЫ, до
сих пор конфиrурация поперечноrо сечения rОЛОВI{И вначале
определяется при близи те ль но на основе опытных данных, полу
ченных при разраБОТI{е подобных I{ОНСТрУ!{ЦИЙ, а затем постепенно
подrоняется до тех пор, ПОI{8 не будет получено изделие нужной
формы. Подrонка про изводится следующим образом. rОЛОВI{а
устанавливается на шприц"машину и начинается шприцевание
изделия. Образцы затвердевшеrо изделия тщательно измеряются.
После этоrо те места rубок, против !{оторых изделие имеет слиш
ком большую толщину, осаживаются I{ерном I1 молотком прямо
на работающей машине с тем, чтобы уменьшить толщину попереч
Horo сечения. Хочется надеяться, что наступит день, 1{оrда те..
чение пластических материалов будет настолько изучено, что
этот варваРСI{ИЙ метод п'одrонки профилирующей матрицы бутдет
навсеrда заброшен.
Очередные задачи
В настоящее время наиболее насущной проблемой является .
создание простоrо и удобноrо метода расчета двумерных тече..
u
нии неньютоновских расплаВОВ t учитывающеrо существование
эластичности.
В !{ачестве отправноrо пункта можно использовать уже упоми"
н8вшиеся релаксационные методы. ОднаI{О .для Toro, чтобы можно
было воспользоваться этим или каким"либо друrим методом pac
чета, необходимо прежде Bcero располаrать исчерпывающими pe
олоrичеСI{ИМИ характеристи!{ами применяющихся в промышлен
ности материалов, !{оторые также важны, !{ак и данные обычных
физико-механических испытаний. Реолоrические характеристики
ОХЛАЖДАЮЩЕЕ, ОТБОРОЧНОЕ l'I ПРI,IЕМНОЕ ОБ()Р .ДUВi\НlrlЕ 321
.........1
расплавов представляют интерес не только для конструкторов
rОЛОВОI{, но также и дЛЯ КОИСТРУI{ТОРОВ почти всех остальных
видов оборудования, на котором производится переработка пласт
масс в изделия_
При I{онструировании rоловок для прецизионноrо шприцева
ния сложных профильных изделий придется ИСI{ать способ BBeдe
ния в методику расчета эффектов сжимаемости. и разоrрева в
результате внутрениеrо трения, I{OTOpbIe рассматривались Туром,
Бирдом, Джи И друrими. Отсутствие точных методов расчета
затрудняет проектирование даже более простых rоловок. Так,
существенным препятствием при проектировании листовал ных
rоловок для шприцевания термочувствительных материалов, в
особенности непластифицированноrо поливинилхлорида, являет-
ся недостаточная изученность проблемы возникновения мертвых
зон. Проектируя rоловки с большим сопротивлением, работаю...
щие при высоких давлениях, необходимо учитыlатьь при ра.счете
увеличение ВЯЗI{ОСТИ расплава, вызванное повышением rидроста
тичеСI{оrо давления.
Очевидно, что процесс конструирования rоловок становится
все более и более сложной задачей. Если со временем конструи.
рование rоловок для шп р ицевания сложных профилей будет
основываться на научных методах расчета, то I{OHcTpyKTopaM
. ou
придется основательно познакомиться с rидродинамикои Вязких
u u
ЖИДI{остеи и овладеть математическим аппаратом, которыи ис...
u U
пользуется этои наукои.
.
Охлаждающее, отборочное и приемное обрудоваНl1е
Расплавленный пластический материал, выходя ИЗ rоловки
шприц-машины, может иметь любую форму попереЧlJоrо сечения,
любую температуру и соответственно обладать самой различной
жесткостью. Охлаждающее, приемное и отборочное оборудование
представляет собой совокупность. механизмов и приспособлений,
которые служат для охлаждения, поддержки, вытяrивания, при...
дания Оl{ончательной формы и заl{атывания шприцуемо.rо изделия.
Иначе rоворя, эти механизмы так или иначе воздействуют,на из
u
делие с Toro момента, коrда оно вышло из rоловки, и это воздеи
ствие продолжается до тех пор, пока обработка изделия не зака.н
чивае.тся полностью. Вследствие большоrо мноrообразия условий
переработки эти механизмы компануются так, чтобы обеспечивать
выполнение определенноrо комплеI{са требований, соответствую
щих особенностям шприцевания AaHHoro KOHKpeTHoro изделия.
Однако некоторые элементы, ВХОДЯLЦие в такие технолоrически
схемы, носят' общий характер. Ниже будет приведено краткое
описание наиболее широко использующихся механизмов. .
21 Переработка термопластичных материалов
322
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
,
Охлаждающие приспособления
Метод охлаждения шприцуемоrо изделия в значительной мере
определяет свойства rOToBoro изделия. Ниже приводится KpaTI{Oe
описание широко распространенных методов охлаждения TepMO
пластичных материалов и рассмотрены основные факторы, обес
U u
печивающие получение изделии с однородными своиствами.
Охлаждение в баках и желобах. Часто охлаждение таких
шприцованных изделий !(aI{ трубы, кабель, пленка и различные
/0
\
9\
8
7
\
s
о
1
2
J
't-
,)
Рис. 4,55. Шприцевание труб:
I KO nYC шприц rашины; 2 rоловка; 3 корпус ванны; 4 прокладка; 5 труба; 6 тяиущие
ролики; 7 охпаждающая водяная ваина; 8 YPOBeHЬ воды: 9 ОПРЫСКНватель; JО охпажда
емый. дарн (система охлаждения не показана)..
!
2
J
5
/
б
7
,
Рис. 4,56. На iJожеиие изоляции на кабель:
J отдающее устройство; 2 предварительный подоrрев кабеля; 3 Ulприц ма
шииа; 4 охлаждающая ванна; S испытание На пробой.; б кабестан; 7 при-
емное УСТРОЙСТЕО.
профили, производится В заполненной водой ванне или желобе
(рис. 4,55; 4,56; 4,57). Чтобы обеспечить равномерное охлажде..
ние шприцуемоrо изделия, необходимо создать интенсивную цир-
куляцию воды в ванне (или желобе) и установить приборы авто-
матическоrо реrулирования температуры. Циркуляция нужна
для Toro, чтобы предотвратить возникновение в охлаждающей
ванне переrретых областей, в которых отвод тепла прекращается..
При 'неравномерном охлаждении, которое может быть вызвано не...
и. u
достаточнои циркуляциеи, происходит изменение как физико...
,.
механи.ческих хараI{теристик, так и внешнеrо вида rOToBoro из...
де.ПИЯ
-"
ОХЛАЖДАЮЩЕЕ, ОТБОРОЧНОЕ I'I ПР11ЕМНОЕ ОБОРУДОВАНl-IЕ 323
Охлаждаемые металлические барабаны. Охлаждение .плеНОI{,
слоистых изделий и листов часто производится на охлаждающих
барабанах, как показано, на рис. 4,58 и 4,59. Для Toro чтобы
получить изделие с однородными свойствами, необходимо обеспе
5
6
I
2
7
*:
.
3
Рис.. 4,57.. Шприцевание плоской пленки:
1 -luприц машина; 2 rоловка; 3 напраЕляющая; 4 охлаждающая BaHHa
5 тянущие ролнки; б обrезка KPOft'10K: 7 приемное устройство.
5
8
9
J
7
рис. 4,58. Наложение слоя пластмассы на бумаrу:
l бумаrа; 2 отдающее устройство; 3 ХО.1IОСТОЙ ПРИЖИМНОЙ ролик; 4 rОЛОВка;
5 шпrиц м,нuина; 6 рубашка; 7 охлаждающий барабан (с приводом); 8 бума
ra с покрытием; 9 присмнсе устройство.
чить, так же KaI{ и в охлаждающих ваннах, хорошую циркуля..
цию воды и автоматичеСI{ое реrулирование температуры поверх
насти барабанов. Конструкция охлаждаемоrо барабана должна
быть такой, чтобы большое количество охлаждающей воды одно..
временно соприкасалось с внутренней поверхно.стью' бара'бана.
При этом, для Toro чтобы обеспечить интенсивный отвод теП 1а,
21*
/
I
2
.f
. Рис. 4,59. Шприцевание листа:
r шприц...маШИflа; 2 rоловка; 3 меХаиизм для реrулирования усилия прнжима Ва..1КОВ:
4 rлад.ильиые валкИ (сиабжены СИСТеМОЙ для реrулироваиия температуры); 5 тяиущие РО..1НКН.
..............
8ь/хоU
8z0d
.
...
......... ........
\
"
Рис. 4,60. ОхлаЖ,дае IЫЙ барабаи со спиральным канаЛО l.
6
7
5
, .
8
-
"
'.
,
",
,
.... -
.
v.
.].
оза!/сс
g
'-
. '
I
,.
.' ,
. .
t
Возd!l:С
" ., I
r i . ,
1-. r
1. I .
, .
- - -
: I - '.
.
-., . r '\, . ;' .:Рис. 4. f 61. Получеиие пленки методом. пнеВморас.тяжения:
)-ттWРJ?l;iц-машина; 2 rоловка; а охлаждающее Кольцо; ДOPH: 5 закатывающие
, ' . . ., .6 тяиущне ролики: 7 НапраВляюrцие ролики; 8 раЗДУТ IЙ pYJ<aB.
, ,
!
ролики
,
'. ,
ОХЛАЖДАЮЩЕЕ. ОТБОРОЧНОЕ И ПРИЕМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 325
скорость воды в охлаждающих каналах должна быть достаточно
велика. На рис. 4,60 изображен валок, при помощи KOToporo
осуществляется очень интенсивный отвод тепла. Валок состоит
из тонкостенной наружной оболочки, .внутри которой располо..
жен прочный массивный цилиндр. На поверхности BHYTpeHHero
цилиндра расположено винтовое ребро, которое поддерживает
наружную оболочку и одновременно образует винтовой }(анал
u
для прохода охлаждающеи водь). .
Воздушное охлаждение. Некоторые шприцованные издеЛIIЯ
охлаждаются воздухом (рис. 4,61). В этом случае та}(же надо дo.
биваться paBHoMepHoro охлаждения. Поэтому' необходимо обесп "
чивать .хорошую циркуляцию и реrулирование температуры воз..
духа. При охлаждении пленки необходимо. подавать большие
КОJIичества воздуха при малой скорости истечения. Уменьшение
скорости истечения воздуха позволяет избежать вибраций плен
}(и, препятствующих ее равномерному охлаждению.
Отборочные устройства
Отборочные устройства определяют' еличину линейной CKO
рости, с которой шприцуемое.. изделие отбирается от rоловки
шприц машины. Этим одновременно реrулируется толщина или
степень вытяжки шприцуемоrо изделия. Поэтому отборочные
утсrройства должны снабжаться точно и чувствительной системой
реrулирования скорости приема. В некоторых случаях тянущие
вал}(и, ремни или кабестаны снабжаются та}(же и охлаждающими
приспособлениями. Однако их основное назначение заключается
в управлении с}(оростью отбора шприцуемоrо изде'лия.
Тянущие ролики и ремни. Во мноrих отборочных устрой..
ствах шпр ицованное изделие вначале поступает в охлаждающую
ванну и лишь после Toro, .как ero поверхность затвердева'ет, . оно
поступает на тянущие ролики (см. рис. 4,55, 4,57, 4,61). В таких
ус'тановках . тянущие ролики обычно покрывают резиной или
каким либо друrим эластомером. Во мноrих случаях поверхность
роли}(ов имеет форму, соответствующу.Ю конфиrурации шприцуе..
Moro изделия. Тянущее устройство может состоять из одной или
нескоc!lЬКИХ пар роликов, KOTDlble прочно .захватывают шприцуе..
u
мое изделие и тянут ero с заданнои скоростью.
Во Мноrих установках вместо резиновых роликов применяются
тянущие ремни. Применение ремней позволяет Зliачительно уве..
личить поверхность контакта между ШПРIiцуемым изделием и
тянущим opraHoM и блаrодаря этому уменьшитр возможность про..
СI<альзываНI1Я. В том случае, если тянущие '.ролик-и устанавлива..
ются непосредственно у rоловки, на них попадает еще не остывший
материал. Ролики большей частью изrотавливаются м.еталли...
326
r л. IУ. ШПРИЦЕВJ\11уIЕ
.................... rl. -.....".......- . - -............ . . . .
.........._................ _ . . r ... - .........
чеСI{ИМИ с принудительным охлажденяем, для Toro чтобы пред
отвратить прилипание шприцуемоrо изделия. I{ повеРХНОСТI1
РОЛИI{ОВ (см. рис. 4,58, 4,59). ТаI{ие ролики одновременно иrрают
роль тянущеrо и охлаждающеrо устройства. Поверхность РОЛИI{ОВ
u
может использоваться для окончательно и отдеЛI{И поверхности
шприцуемоrо изделия. Если поверхность шприцованноrо изделия
u
должна иметь хорошии rлянец, наружную поверхность валков
следует очень тщательно отполировать. Напротив, если нужно
u
IIОЛУЧИТЬ изделие с матовои поверхностью, поверхность валков
должна быть шероховатой. Для этоrо валки пеСI{ОСТРУЯТ, травят
v
кислотои ИЛИ просто протачивают.
Транспортеры. Для поддержки шприцованных изделий иноrда
применяются роликовые или ленточные транспортеры. Охлажде..
u
HI1e изделии на транспортере может осуществляться воздухом
u
или водяным туманом по всеи длине транспортера.
Кабест ны. Кабестан представляет собой металлическое колесо
большоrо диаметра, которое тянет изделие (обычно это кабель
или волокно), обходящее один или большее число раз BOKpyr Ka
бестана. На рис. 4,56 изображена типичная схема применения
кабестана в arperaTe для наложения изоляции на кабель. Для
охлаждения изделия кабестан' может быть поrружен в воду.
Приемиые механизмы
При изrотовлении эластичных изделий, TaI{11X, как пленка,
шланrи, провода и Hel{OTOpbIe трубы, применяются приемные
механизмы. Эти механизмы обычно проектируются TaI{, чтобы
они обеспечивали постоянное натяжение шприцуемоrо изделия
или постоянный момент на валу закаточноrо устройства. Схемы
приспособлений, обеспечивающих постоянное натяжение, изо
бражены на рис. 4,62. Приспособления, обеспечивающие закатку
с постоянным вращающим моментом, изображены на рис. 4,63.
Механизмы с постоянным натяжением применяются при изrотовле
нии изделий, не подверженных вытяжке, таких, KaI{ бумаrа с
ПОI{рытием или кабель, так как постоянное натяжение позволяет
плотно накатывать бпljьшие прочные рулоны. При иsrоrовле!JИИ
IIлаСТИЧНhIХ П.ТIеНОI{ применяются механизмы с постоянным момен..
том ИЛll их модификации. В закаточных устройствах с постоянным
моментом уменьшается эффект обжима наружными слоями сер..
дечника бобины, который при большом диаметре бобины может
привести к возникновению чрезмерно высоких давлений, разру
шающих сердечник бобин.ы. Закаточные механизмы с постоянным
u .
моментом позволяют наматывать рулон, наружныи диаметр ко..
Toporo превышает диаметр сердечника не более чем в три раза.
Причина заключается в том, что одновременно с увеличением
()ХЛАЖДАЮЩЕЕ. ОТБОРОЧНОЕ И ПРl-IЕМНОЕ ОБОР .ДОВАНl1Е 327
""'РЧ" .....
диаметра рулона натяжение пленки уменьшается и достиrает
TaKoro .значения, рnи }(отором наружные слои ложатся совершен..
но свободно.
2
7
3
2
6
7
It
5
,.
8
5
J r.... !l
.3
Рис. 4,62. У СТрОЙСТБО постоя HHoro
натяжения:
1 Ее Д Уl1 ие ро-пи кн; 2 б сбина; з ЭлСК тродви
т"атель; 4 компенсатор; 5 плеика; б реrуля.
тор...;,скорости двиrателя; 7 ДЕиrатель; 8 при..
емиая бобина; 9 rруэ.
Рис. 4,63. Привод с ПОСТОЯННЫ '1
моментом:
l приемиая бобина; 2 двиrатель с посто
янным моментом; 3 муФта ПОСТОЯИНОI'О
мсмента;! 4........приеМная бобина; 5 электро
t двиrатель..
СРасчет процессов:теплопередачи
flри конструировании отборочных приспособлений необходимо
уделять особое внимание тепловому расчету cl1cTeM охлаждения,
I{OTOpbIe должны успевать отбирать у шприцуемоrо изделия из..
лишнее тепло, причем с}(орость охлаждения изделия необхо-
димо увязать с производительностью машины. В качестве охлаж...
дающей среды обычно используются воздух, вода и охлаждаемые
металлическ е поверхности. .
Расчет мощности охлаждающих устройств приемноrо оборуr..
u
дования производится на основе уравнении теплопередачи, рас-
смотренных в rлаве 11.
Примеры подобноrо расчета пр и водятся ниже.
Первый пример относится к расчету водяной ванны для охлаж
дения шприцуемой полиэтиленовой трубы. Второй пример OT
носится }( расчету системы охлаждения I{алибрующеrо метал-
лическоrо патрубка. В расчетных формулах использованы обозна..
чения, принятые в r лаве 11.
328
r Jl 1 \' . III r 1 р 1/ II.L Е в А 1 111 Е
. ...............
.
.. ...-.. ...............-...-.. ..............
Расчет охлаждающей ванны. При шприцевании полиэтилено'"
вых труб температура выходящей из ванны трубы должна быть
такой, чтобы при свертывании трубы в бухту не происходило
пластических деформаций трубы. Пр и водимый ниже расчет по--
казывает, }{аким образом определяется длина охлаждающей ванны
и расход охлаждающей воды. Цель расчета состоит в том, чтобы
u
спроектировать охлаждающую ванну, по выходе из I(ОТОРОИ TeM
пера тура трубы не превысит 65 ос.
ТеХflолоzическuе характериспlи ки
Температура расплава, ос .. . . . .. .. . . .. .. . . .
Внутренний диаметр трубы, см. . . .. . . . . . . .
Т олщ ин а сте н ки трубы, см. . . . . . . . . I . . .
Линейная скорость шприцевания м/мин' . . . . . .
Температура охлаждающей воды, ос . . . . . . . ..
Физическuе характеристики полuэтилен'а*
т еплоемкостъ, ккал/ ке · ос " . . . . . . . . . . . .
Коэффициент тепле проводности , ккал/м,. ч. ОС . . . .
У u / 3
дельныи вес, 2. см .. . . . . . . . . . . . . . . .
Коэффиuиент те мпературопроводности** , Af.2fч. .. . .
165
2 54 .
,
0,334
4,24
21
0,7
0,223
0,85
3,75..10 Б
..
* Средиие значеиия физических характеристик обычиоrо полиэтилеиа при
вышепрнведеwиых условиях переработки..
** Ра ССЧИТЫВC:iется по уравнению (47). rJ1aBa 11.
Задача сводится по существу к расчету процесса теплопере-
дачи в стенке трубы и процесса теплопередачи от стен}{и трубы }{
охлаждающей воде.. Расчет значительно упрощается, если вместо
u
теплопередачи через полыи цилиндр рассматривать плоскую
пластинку.. Такой прием вполне оправдан толы{о при расчете
тонкостенных цилиндров. Хотя в данном случае труба не может
рассматриваться как тонкостенный цилиндр, тем не менее ошиб
}{а, вносимая этим допущением, пренебрежимо мала..
Предполаrается также, что теплоотдача от внутренней поверх..
ности трубы к воздуху, находящемуся внутри трубы, преиебре
u u
жимо мала по сравнению с теплоотдачеи от наружнои поверхно
сти }{ охлаждающей воде.. Таким образом, задача св.одится к pac
u
чету нестационарноrо процесса конвективнои теплоотдачи от oд
...., u . u
нои стороны плоскои пластины, друrая сторона которои находится
в адиабатических условиях..
Рассмотрим пластинку, которая равномерно' охлаждается с'
обеих поверхностей.. Так как процесс охлаждения протекает'
совершенно аналоrично относительно плоскости симметрии пла
стины, тепловой поток в ней полностью отсутствует. Поэтому
u
плоскость симметрии такои пластины может рассматриваться
ка}{ адиабатическая поверхность. Следовательио, рассматривае
мая задача эквивалентна задаче теплопередачи в пластине, 11мею....
()ХЛАЖДАЮЩЕЕ, ОТБ()Р()ЧНОЕ 11 ПР1"IЕМНОЕ ОБОРУДОВ..4.НvIЕ
I l7W """'1'"" r
.......
329
...
щей вдвое большую толщину, на обеих поверхностях которой
происходит конвективный отвод тепла. Распределение температур
u U u
по толщине в однои из половин этои новои пластины полностью
идентично распределению температур в стен]{е трубы.
Решение этой задачи для случая нестационарноrо процесса
теплопередачи было рассмотрено в rлаве 11. Там же приведены
диаrраммы, пользуясь которьiми, можн.о решить. эту задачу rраф..
аналитическим методом. Однако прежде чем приступить к реше
нию, необходимо е.ще раз проверить справедливость первоначаль..
ных допущений. НаиБО-!1ее существенными с ТОЧКII зрения данной
задачи являются предположения о постоянстве коэффициента
конве]{тивной теплоотдачи /z и о paBH()M pHOM характере перво..
начальноrо температурноrо поля в пластинке.
В данном случае, .Tal( как труба движется через охлаждающую
ванну, ]{оэффициент конвективной теплоотдачи изменяется, в .то
u
время как решения уравнении теплопередачи получены только
для случая постоянноrо коэффициента теплоотдачи. Поэтому,
для Toro чтобы МОжно было решать эту задачу, необходимо раз-
делить трубу на несколько уч-аст]{ов, предположив., что в преде--
лах каждоrо участка коэффициент h постоянен. Однако при этом
нельзя будет пользоваться существующими диаrраммами, так
как при их расчете исходили 11З .предположения, что первоначаль-
ное температурное поле однородное. По мере остывания трубы.
распределение температур в стенке становится очень неравно-
мерным. r10ЭТОМУ наиболее разумно определить величину «эф-
фективноrо» или среднеrо коэффициента теплоотдачи и под ста-
вить ero в приведенные в rлаве 11 уравнения.
. Теперь рассмотрим метод определения величины ,КОЭффl1циента
теплоотдачи h. Tal( l(al( труба движется через охлаждающую воду
очень медленно и течение воды отноtительно трубы происходит
почти без завихреНJIЙ, можно принять, что процесс теП"ТIоотдачи
осуществляется за счет свободной ко.нвекции. Теплоотдача за
счет свободной l(онвеl(ЦИИ от поверхности rОРИЗ0нтальных ци
линдров подробно рассмаrривалась в rлаве.. 11. Было ПОl(азано
[см. уравнение (77), rлава 11], что определяющими параметрами
в этом случ.ае являются два бе.зразмерных комплекса критерий
Прандтля и критеРl1Й rрасrофа. Оба эти критерия заВl1СЯТ от
температуры. Обычно их принято вычислять при температуре Т п1 ,
которая. определяется по уравнению:
Т (п ......... Т s + 1/2 Т
(200)
rде Т т
7.'-
s
средняя температура слоя;
температура поверхности;
Ts Т, (Т, температура охлаждающей ЖИДКОСТИ).
330
r л. IV. ШПРИlLЕВАНИЕ
,
1. ...............
Общее уравнение [уравнение (77), rл. 21, определяющее ве..
сТIИЧИНУ коэффициента теплоотдачи во всех жидкостях, можно
переписать применительно к воде следующим образом;
h С ( T/D)1/4
.
(201)
rде h коэффициент теплоотдачи,
D диаметр цилиндра, м;
Л т (Ts T f )) ос.
Значения }(оэффициента с:
Т, ас 27 38
С 92 ) 8 114
ккал/м 2 . ч. сс;
49 60
127 139
71
148
Задавшись некоторым средним или эффективным значение I
температуры поверхности, можно подсчитать величину }{оэффи
циента теплоотдачи }{онвекцией по уравнению (201).
ПрuAtер. Примем среднее зиачение Ts 32 ос, температуру охлаждающеi1
воды 21 ос, среднюю температуру слоя 27 ос. Тоrда величина h будет равиа:
h == C( TID)1/4 92,8 (11.1/0,032)1/4== 400 ккал/.м 2 .ч. О С
Теперь используем заданное зиачение максимальной температуры 65 ос.
аксимальноrо значения температура ДОСТиrает на внутренней стенке трубы.
Решение отыскиваем, используя диаrрамму, изображенную на рис. 2,4, rла..
ва 11.
Величииа безразмерной температуры У, опреде "1яющейся уравнение 1 (55)
rлава 1 1 ВЫЧИС.,1Jяется из следующеrо выражения:
. т . т f 65
}, "T i Tf 166
21 ,1
21 1::= О, З08
,
Величина параметра N опреде.пяется уравнением (57), rлава 11:
r ah 0,0335.400
!v =::: k т =-- 2 24 :::::: 6, О
,
rде а толщина стенки трубы, A-t.
Величина безразмерноrо BpeMeHII определяется по HOMorpaM[Vfe, приведен.-
иой на рис. 2,4. Ero значение равно 0,80. Отсюда можно рассчитать необходи
10e время пребывания Б охлаждаЮll ей ванне:
е . - a2 (0,0335)2(0,80) О 02 О
..=::; а" 0:= 0,037 4 , 4 ч.
Зная, что труба движется через ванну со скоростью 4,27 м/мин. 1\IОЖНО
определить Д '1ину ванны, при которой обеспечивается нужное время пребыва
..,
ния материала в ОХJlаждающеи среде:
L о , 024 О · 60 · 4 , 27 :::= 6, 15 .м
Аналоrичные расчеты ПРОИЗВОДИЛIIСЬ и при друrих исходных
значениях температуры на поверхности трубы. Результаты этих
расчетов сведены в табл. 7
.
()Х 1АЖДАЮЩЕЕ, ()ТБОРОЧНОЕ 1-1 ПРIIЕМI-IОЕ ОБОР 'ДОВАНl'IЕ 331
...... ....
Значения длин охлаждающей
т аБЛUЦа 7
u
Ba IHbl, соответствующие различном температуре
изделия
-
....,,,...... I
т s' ОС
т f' ОС
т т t ОС
T, ос
h
ккй л lМ,2 · l ос
8. tl
L , .М
J7 "PW
I
00
0,0240
0,0204
0,0195
0,0186
0,0156
6,15
5,2
5,0
4,75
4,0
32
54
77
99
21
21
21
21
27
38
49
60
1 J
33
56
78
400
645
815
970
Следующий этап состоит в выборе величины температуры,
которую может иметь внуrренняя поверхность трубы на выходе
u
.из охлаждающе и ванны.
ПрUAtер. Если принять, ЧТО эффективная те1Vlпература поверхности paB '
на 32 0 С, то коэффициент теплоотдачи h равняется 400 ккал/Ч.М,2. 0 С. При этом
температура внутренней поверхности трубы, выходящей из охлаждающей BaH
'ны длиной 6 м', будет равна 71 ос.
Пользуясь номоrраммой, изображенной на рис. 2,3, можно опреде 1ИТЬ
температуру наружной поверхности:
а8 (0,024)0,0374
r.p ==а2:::::: (0,0335)2 ::::;: 0,80
ah 0,0335.400
N == k :::::: 2, 24 ::::::; 6, О
Значение у, определенное по этой HOMorpaMMe, равно 0,07. Прl! ЭТОМ TeI\'I"
пература на поверхности трубы составит
т s == (О, 07) ( 165 21) + 21 31 ос
Аналоrичные расчеты были сдел ны для промежуточных поло..
жен ий, соответствующих меньшей продолжительности пребывания
трубы в охлаждающей ванне. Результаты этих расчетов представ...
пены на рис. 4,64. Из rрафика видно, Ч10 вначале температура
поверхности трубы очень быстро уменьшается (от первоначаль-
Horo значения 165°), а затем на последних 3 м среднее значение
температуры лишь не HaMHoro выше, чем принятая величина 32 ОС.
В первой ПОЛОВI1не ванны средняя температура стенки сильно
превышает заданное значение. Все это приводит l( тому, что
величина h оказывается больше 400 ккал/ч. м 2 . ос И минима.ТIЬНО
необходимая длина может быть несколы(о меньше 6,0 М.
В приведенном выше расчете предполаrалось, что температура
.охлаждающей воды 21 ос. В действительности температура воды
несколы(о повышается за счет отобранноrо у трубы тепла. Одно..
временно несколько уменьшается интенсивность ОХtJТ"lаждения.
3З2
I'Л. IV. ШПРJ-1ЦЕВАНИЕ
w. .....
"""""1'""
Поэтому целесообразно использовать охлаждающую ванну ДJJИ-
ной 6 М.
ИЗ рис. 4,64 можно видеть, что температура внутренней по-
верхности трубы изменяется по длине ванны.
200
/
о /50
tj 2
/00 3
I
50
. ,.
о
2,0 4;0 6;0
Расст яние, м
Рвс. 4,64. 11зменение температуры трубы по длине
u
охлаждающеи ванны:
J........?rеМпераТура внутренней поверхности 2 TeмnepaTypa наружной
поверхности; 3 сРедияя температура стенки..
Следует отметить, что уменьшение температуры внутренней
поверхности происходит rораздо медленнее, так как в этом слу
v u
чае, прежде чем тепло воспринимается охлаждающе и водон, оно
должно пройти через стенку трубы.
Последний этап расчета охлаждающей ванны состоит в опре..
u
делении расхода охлаждаlощеи" БОДЫ.
Пример. Вода поступает в ванну при 21 ос. Принимая, что допустимое
уве"ТIичение температуры воды равно 5 5 ос, определим величину расхода.
Прежде Bcero, зная размеры трубы,. ее линейную скорость и удельный вес
пол иэтилена, определим весовую производительность машииы. Она составляет
2",82" К2/МИfl. Полиэтилен - вх-одит в ванну при температуре 16"6 ос. Пусть Т .
средняя ,температура материала трубы на выходе из ванны [см.. уравнение (62).
rлава 11]. Тоrда интенсивность теплоотвода от трубы к воде определяется
выражеиие 1:
АН == 2, 82 · О . 7 ( 166 Т)
( 202)
rде й.Н ккал/ мин.
Пусть Q обозначает объемиый расход охлаждающей воды в л/мин, а плотность
воды равна 1 е/см 3 ; тоrда уносимое охлажд.ающей водой тепло определяется
уравнением
АН == Q. 1 · 1 · 5 , 5 (203)
I(О fбинируя уравнения (202) и (203) и разрешая их относительно" Q, по..1УЧИ J
Q :::::: 0,365 (166 . т) (204)
Для определения средией температуры материала используется метод,
иэложеиный в rлаве 11. "Для этоrо уравиение (65), rлава 11, переПИСЫ"вается в
форме:" "
у == Не М2Ф
(205)
.
ОХJIАЖДАЮЩЕЕ, ОТБОРОЧНОЕ lf ПРИЕМНОЕ ОБОРУДОВАНvJЕ 333
.......... ... ".,..
.....'811
I .......d..f
.....Lb.........J>..
.....
rде
у == т . Т!
Т; Tf
Н и М зависят только от N и определяются по HOMorpaMMe, изображенной на
рис. 2,5, rл. 2.
Рассчитаиные выше величииы N и r.p имеют значения:
Ф == о, 80 N == 6, О
.. .
(206)
Значеиия Н и М, определеиные по рис. 25, равиы:
,
н о, 98
м 1,4
ПодстаВII1ЯЯ их в уравиение (205), получим:
у === (о, 98 )е......( 1 ,4)2'(0,80) О, 204
Средняя температура материала, рассчитанная по уравнению (206), равна:
Т :::= 0,204(166 ос 21 ОС) + 21 ос ;:=: 51 С
Расход охлаждающей воды, определяе1\fЫЙ по уравнению, (204), рав'ен:
I _ I :
Q==0,365(166°C 510C)==42 Л/МИН
,
'. .
Охлаждение соприкосновением с холодной металлической по.
верхностыО. Существуют разновидности процесса шприцев ани я
полиэтиленовых труб, в которых для «замораживания» TOHKoro
наружноrо слоя расплава применяется охлаждаемое М.етаЛJlИ-
чес кое кольцо. «Замороженная» таким образом труба не дефор
мируется при движении через охлаждающую ванну. Приведен--
t.J
ныи ниже пример показывает, как рассчитывается длина охлаж..
дающеrо кольца, необходимая для ПОЛ.учения на ,п.оверхности
трубы слоя толщиной 0,39 мм, охлажденноrо до темпер'атуры 93 ос.
Режим шприцев ани я и физические свойства полиэтилена остают--
ся таl{ИМИ же, как и в предыдущем примере.
При расчете металлическоrо кольца ПРl-lнимаем, что сопро..
тивление тепловому потоку от поверхности трубы к. .по.вер) ности
l{ольца пренебрежимо мало. Это предположе'НI е:'" экв.ивал . но
допущению о существовании бесконечно большоrо коэффициента
теплопередачи. Иначе rоворя, предполаr ется, что поверхность
трубы MrHoBeHHo принимает теf\лпературу поверхности" кольца',
с которой она соприкасается. Можно СЧIIтать, "что эт.о условие
выполняется TO ЬKO в том случае, если две поверхности плотно
СОПРИI{асают.ся друr с друrом. Если же между ними образуется
хотя. бы тонкая ПРОСЛОЙI{а воздуха, то существованием т пло: оrо
сопротивления уже нельзя пренебречь.. .
Очевидно, что необходимое для охлаждения безразмерное вре.
мя Ф должно быть невелико. Так как величина параметра N для
334
r Л 1\/. ШПРI-IЦЕВАНI1Е
Рис. 4,65. HOMorpaMMa значе-
ний У ОТ Ф при условии. что
сопротивлением поверхности
моЖно пренебречь.
данноrо случая бесконечно велика, получить TaI{Oe решение, поль
зуясь обычной номоrраммой rенри Лурье, практически невоз--
м.ожно. Более Toro, приближенное решение, при }{отором учиты..
ваетс,Я_ rолько первый член разложения [уравнение (БО), rлава 11]
уже нельзя считать обоснованным.
Решение следует искать, ПОJ1ЬЗУЯСЬ
номоrраммой, изображенной на рис.
4,65, которая построена специаль'"
но для случая N ()() и дл я очень
малых значений Ф. Лараметр (xla)
представляет собой безразмерную
I{оординату, определяющую _ поло-
жение ТОЧI{И в сечении ПJrастин"
}{и.
0,15 0,20 Расчет производится следующим
образом:
( J ) 3,00
х а 3,38
!I
O
0.8
46
lJ.
ft ...... ,... ( х; а/= 0,7
71
OL
,
"......
/- ""'I!
(x!ci)= 81: ....
/
t)..
:/ ........
......
(х/о) o,fJ
02
'о
0.05 0,1 О
Ф
0,89
т Ту
У
т i Т f
930
1660
210
21 G . 0.50
Из рис. 4,б5 определяем Ф, которое оказывается приБЛИЗl1тель..
но равным 0,04. Время охлаждения опреде.ТIяется следующим
образом:
(0,0335)2-0,04 00
0,0374 О, 122 ч
а 2 ф
е
а
Необкодимая длииа кольца:
L (4,27) (60) (0,0012) 31 см
ПРIIЛОЖЕНИЕ А
Т-ЕКУЧЕСТЬ И МЕТОД РАСЧЕТА ПОПРАВОК НА ВЕЛИЧИНУ
СРЕДНЕЙ ТЕКУlIЕСТИ ДЛЯ KPyr ЛЫХ ОТВЕРСТИЙ И ПЛОСКИХ ЩЕЛЕЙ
Дано: расплав подчиняется степенному закону течения, т. е.
liСТИННЫЙ rрадиент СI{ОРОСТИ и напряжения сдвиrа в любой точке
связаны выражением:
dv k";,
dt
(Al)
Реолоrические параметры k' и 1t' определяются из условий:
4 q k ' pR
;.R З 2L' для цилиндрических насадок
(А2)
ПРИЛОЖЕНИЕ А
335
и
6q
wh 2
k" ph
2L
u
fля тонких щелеи
(АЗ)
в цилиндрических насадках
v (R) О
tJнтеr"Рl'IРУЯ уравнение (A ) по r и определяя постоянную ин
теrрирования из условия v(R) О, получим уравнение, описываю..
. u
щее распределение СI(оростеи для цилиндрических насадоК:
и kp V(R'W+ 1 r'i + 1 ) (А4)
2'J [, V (" t 1)
R
q 2т:rv dr ,(А5)
.
о
q 1r.kp'J R'J+З (Аб)
L
2('/ + 3)L у
Разрешаем уравнение (А6) относительно члена
kpVR V k p R v
2'JL v 2L
(А7)
Подставляем результат в правую часть уравнения (AI)
dv k pR 'J (-; Т 3) q
dr R 2L 1tRЗ
(АВ)
Но по определению И3 уравнения (А2)
k' pR ' V ==
2L
4q
1tRЗ
Следовательно
k (" + 3) k' и k' . , 4k
4 ,,+3
(А9)
Ана.поrично для тонких щелей
v о при r =:= Il/2
')
v k р
L '} (" \ 1 )
h ,,+ 1
<) '-; + 1
""'"
r v + 1
(А 1 О)
(А 11)
,
33б
rл. lV. ШПРИЦЕВАНI--fЕ
и
h/2 ,
q 2 wvdr
(А 12,
.
о
wh'Y+2 p v
k .
2 +1( + 2)L
rрадиент скорости у стенки равен:
dv k . . ph
dr r==hj2 2[#
Отметим, что при v 1
(AL3)
q
2( + 2) q
wh 2
(A14)
dv
.
dr ' h/2
6q
.
wh 2
(А 15)
I
- .
По определению из уравнения (АЗ)
\ ,'.
k" ph '1 .
2L
6q
Wh2
СLТIедовательно
k ( + 2)k" и 11'
3
3k
'J+2
(i\16)
.
, .
'ПрираВНIIвая k в уравнении (16) величине k в уравнении (9),
можно найти k":
k"
3( + 3)k'
.ь........1h.......L
4('; + 2)
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ВЫВОД точноrо УРАВНЕНИЯ ТЕЧЕНИЯ НЬЮТОНовской
ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ КОЛЬЦЕВОй I(АНАЛ
Дано: внутренний радиус канала R 1 , наружный радиус ка.
нала Ro; радиус TOH}{OrO элементарноrо кольца '; толщина эле..
MeHTapHoro }{ольца d'r, при переход е от одной поверхности к дру-
rой напряжение сдвиrа увеличивается на d't. На элементарное
кольцо действуют следующие силы: дифференциал давлений dp
в направлении потока (ось 1); напряжение, сдвиrа :, прило'..
u u
жен ное к внутреннеи поверхности кольца и деиствующее в Ha
правлении потока; напряжение сдвиrа 't+d't, приложенное к
u Q
внещнеи поверхности кольца и деиствующее в направлении, про- .
ТИВоположном направлению потока.
ПРИЛОЖЕНИЕ В -
-33-7
17""" ........
у равнение равновесия дл-я сил, параllТlлеf.ТIЬНЫХ оси 1 t имеет
вид:
27trdpdr 2т.rdl-: i 2<rdl (, + dr) (-:: + d-:) О (Вl)
rdpdr rdlt T rdl7. : rdldt + dl dr + dldrd't О (В2)
Пренебреrаем членаМl'I BToporo порядка малости вида d'tdr.
Тоrда имеем:
rdpdr + rdld + dl'tdr О
(В3)
Для течения ньютоновских жидкостей:
....
"
-
а 'С)
lL
L ar
(84)
d
d 2 v
!1. dr 2 dr
(В5)
dprdr - d 2 v dv (В6)
. p.dlr dr 2 dr р d 1 dr d r ::...... О
d") 1 dи dp
и (В7)
...... .
dr 2 i r . dr l dl
Обозначим dv/dr и'; тоrда уравнение (В7) принимает вид:
dv' и' dp
dr 4 r p.dl (В8)
Уравнение (В8) это линейное дифференциальное уравнение
первоrо порядка, интеrрирующим множителем Д.ТIЯ I{OTOpOro яв
.пяется величина eS dr / r . Поскольку eS dr / r llr, то следовательно
и' 1 dpr dr + ..С! dv ( В9 )
( иdl r dr
I
и
dpr2 . '
4u.dl + С 1 ln r + С 2
.
(В 1 О)
Уравнение (BIO) это общее уравнение, описывающее распре-
деление скоростей в цилиндрических отверстиях. Если подставить
dv
r р аничные условия: RI О, Ro R, d О, то получим хоро-
, '==0
шо знакомое уравнение Пуазейля.
Прl1 течеНИl1 через I{ольцевой I{анал rраничные условия имеют
вид:
v (R i) О
( В 1 2)
О
dpR
. . 4p.dl + С 1 ln Ro + С 2
dpR;
41J.dl + С 1 1п R i + С 2
(В 13)
v (R o ) О
(В 11)
о
и
(814)
22 Переработка термопластичных материа..'lОВ
338
.
rл. IV. ШПРI'IЦЕВА II1Е
...............
Вычитая уравнение (ВI3) из уравнения (В14), получим:
dp (R 2 Rr) + С 1 ln - z О (В 15)
4 (.Ldl о
и
С 1 dp(R5 RJ) (B16)
Ru
4/l-dl lп Ri
Подставляя ypaBHeHlie (ВI6) в уравнение (В 13), IIОЛУЧИМ
с dp Rб
2 4и.dl
I
(R5 Rf) 111 R H .
In R [
Ri
(В 1 7)
..-
......
ПодстаВJIЯЯ уравнения (В 16) и (В 17) в уравнение (В 10), ПОЛУЧИ!\1
u
уравнение для поля СI\:оростеи:
--
r j
(R 2 R ) 1п
,О t R
(2 O
. 1 Ro
n
R[
(В 18)
v
dp R6
4fJ.. dL
....
....
Расход опредеЛliТСЯ из выражения:
R.o
.
q 2т:.rvdr
(В 19)
.
Rl
R.o
1tdp 2
q .- 2!J.dl Ro'
(R5 Ry) r
,3 + ... r ln Ro dr
I n ''--
Ri
(В20)
R.
l
Вычислим вначале последний член:
R.o
1- r
1 ". d , .... 1
r п r Л R
. Ro 2 u
R.
t
R
t lл Ro
2 Ri
R5
R
1
4
(В21 )
,2 \Ro
4 Rj
Вычислив оста"ТIьиые интеrралы и сложив их, получим:
...... (R5 R[) 2
т:.dр R Rt (В22)
q
8i.1 dl R()
ln
Ri
ПРИЛОЖЕНуIЕ С
339
............... ..............................
v" .........
Отметим, что
q .......... dрR.t п Р И R. о
8.J..dl \ L
..
Полученное выражение можно сопоставить с приб/Iиженным урав..
иением (171):
q _(Ro.r Ri) (R(j Ri)Зdр
... 12fldl
(171)
тcdp 2 R (Я
q 8,u.d[ [ /з (R o + i) о
П)'сть RoIRt; тоrда уравнения (В22) и (171) принимают вид:
Ri'3]
1tdpR1 r .l . 4
q 811d i 1)
.
( 2 1)2
1 ...
lп
t
(В 23)
и
;:dpR
q .. 8u.d; " [2/3 ( + 1) (
.
1)3] .
(В24)
в табл. 8 приведены точные и приближенные значения члена,
сrоящеrо в скобках [2/з( +1)( 1)3], ВЫЧИС ТIенные ДJIЯ различ
иых .
Таблица 8
Значения функции 2/ з «(3 + t) ( t)3
..
13
Точное значеНие
Приближенное Относительная
значение ошнБF{а
'f' h.......
......
1 , 1 0,001400 0,001400
1 ,2 0,011731 0,011733
1 ,5 0,2089 0,2083 О 2
,
2,0 2,016 2,0000 0,8
3,0 21 , 745 21 ,ЗЗЗ 1 , 9
5,0 266 , 11 256,00 3,8
10,0 5742,5 5346,0 6,9
ПРИЛОЖЕН у/Е С
ВЫНУЖДЕННЫЙ ПОТОК В КАБЕЛЬНЫХ rоловк .\Х
Дано: ПрО80Д радиуса R i , расположенный коицентрично с
отверстием большоrо радиуса яо, двиrаясь со СI{ОРОСТЬЮ vwCMJCCK,
несет на своей поверхности расплав. Перепад давлений в от..
верстии отсутствует, но расплав полностью заполняет I{ольцевую
22*
340
rл. IV. ШПРvlЦЕВАНИЕ
...d..
.
.
щель. Если Ro мало отличается от Ri' то !{ольцевую щель можно
рассматривать как две параллельные пластины, шир ина которых
равна длине средней окружности 1t(Ro+Rt)) а расстояние между
ними Ro R i . В этом случае величина расхода вынужденноrо
потока (ньютоновской жидкости) через зазор между такими плас..
тина и определяется выражением: .
1tvwRr( 2 1 ) (Cl)
Q '
2
rде
(3 R.o,l R.
. , 1
.
Если Ro существенно превышает R i ( =F 1), то расчет по фор..
муле (Cl) приводит к большим ошибl{ам. Ниже приводится вывод
формулы, применимой для этоrо СЛjrчая.
1. Ньютоновская жидкость. Для Toro чтобы вызвать вынуж...
денное течеНI-Iе жидкости, необходимо приложить к проводу си
.IIY Т. Эта сила распределится по поверхности сдвиrа площадью
2тrR i L. На любом расстоянии r этой поверхности соответствует
поверхность сдвиrа с площадью 2тtrL. Поскольку слой, оrрани--
ченный Цl1линдричеСКIIМИ поверхностями RI и " наХОДIIТСЯ в
и
равновесии, сумма напряжении сдвиrа, деистэующих на по...
верхности с раДИУСОl\Л " также должна равняться Т. Поэтом}т
т
2тrrL
(С2)
dv
..........
.
dr
't
т
2r:!.tr L
.
(С3)
- ...
u..
.
т 1 ."...,
2 L n r ; С 1
1t ').
.
(С4)
v
При r Ro величина v о; при ( Ri величина V v W .
.
о 2 Т L lп ЯО + С]
1t[J..
(С5)
С 1
т In Ro
2r:.fJ. L
(С6).
т (In Ro ln R i)
V J
W 21ttLL
т lп RolRi
21t!J. L
(С7)
т ln [3
V w ,.......... 2 1
'1t!), .J
.
(СВ)
27t ./ vф
п
in.6.
I
(С9)
т
342
r'J1. IV. ШПРl1ЦЕВАНИЕ
,
Подставляя уравнение (СI5) в уравнение (11) и интеrрируя ero.
ПОJIУЧИМ (для 'J=I= 1 и v-=f=. 3):
. 7tv w R;[ (1
qd .
'J) ЗУ V (3
(3 v)( l v
'J) I + 2]
.L .....
1)
(CI6)
Для Toro чтобы определить v и q при 'J 3, можно восполь
зоваться тем же самым методом_ Следует также иметь в виду,
что напряжение СДвиrа в любой точке определяется уравнениями
(С2) и (С9):
..,..
1,.
Р'аи ш
r lп
,С17)
Соответствующее значение rрадиента ско.рости определяется ВЫ-4
ражением:
dv
dr
и ш
r ln .
(СI8)
.
rрадиент скорости и напряжение сдвиrа максимаJIЬНЫ при ' ;; R i -
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Величины, входящие в уравнеНИЯ t которые описывают процесс
шприцевания, MorYT быть выражены в любой системе единиц.
ЕДIlнственное оrраничение состоит в том, что скорость вращения
червяка должна быть выражена числом оборотов в единицу BpeMe
ни. Друrие способы ее определения, например rрадусы или радиа
.ны, отнесенные к единице времени, недопустимы.
а отношение расходов противотока и вынужденноrо потока,
направленных параллельно оси z (чтобы отношение было
положительно, оно берется с обратным знаI{ОМ);
Ь ширина канала, определенная в направлении, параллель
ном оси J (осевая ширина канала);
Ь константа, в уравнении, описывающем зависимость BH3
I{ОСТИ от темпераТУрl>I, OK l;
С I<oHcTaHTa. ВХОДЯIцая в Сl'епенное уравнение ДЖИ 'tlТIайона
(СМ. 1Ciкже k, k', k");
С р удеrlfJьная теплоемкость при постоянном давлении (для
большинства полимеров можно считать С р и C v одинако
выми) ;
С отношение расхода обратноrо потока в циркуляционном
u u
течении l{ нормаtlllЬНОИ составляющеи вынужденноrо по..
тока, параllТIлельной оси х (подобно коэффициенту а это.
отношение берется с обратным знаком);
УСЛОВНЫЕ ОБОЭНА.ЧЕН lЯ
343
FCd
u
внутреннии диаметр корпуса или, ес.Л:И величина зазора
между rребнем стенки и стенкой корпуса пренебрежимо
u
мала, наружныи диаметр червяка;
степень ВЫТЯЖ}{11;
осевая ширина rребня стен}{и }{анала;
безразмерный }{оэффициент формы для расхода вынужден--
u ,
Horo потока, которыи при полностью заполненном канале
червяка определяется по уравнению (7), при частично за
полненном по уравнению (50);
безразмерный }{оэ<рфициент формы для расхода противотока t
}{оторый определяется по уравнению (10);
безразмерный коэ<рфициент кривизны }{анала для вынуж
денноrо пото}{а; определяется по. уравнению (53);
безразмерный поправочный коэ<рфициент, учитывающий
u U
влияние на вынужденныи поток переменнои вязкости
определяется по уравнению (47);
безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий
u
влияние на противото}{ переменнои вязкости; опtJеде4JТIяется
по уравнению (48);
Fd FdFJldFCd;
Р р ' F F
р J..tp;
f коэ<рфициент заполнения канала материалом
f коэ<рфициент трения;
h . разность между внутренним радиусом корпуса и радиусом
сердечника червя}{а. В случае если величина зазора между
стенкой корпуса и rребнем червяка пренебрежимо мала,
h это rлубина канала;
u
ширина щели листовальнои rОJJОВКИ;
отношение ширины rребня стенки канала }{ rлубине и:а
нала червя}{а;
}{оэ<рфициент сопротивления rоловки, определяющийся
из уравнения (98), (длина)3;
осевая длина червя}{а;
. u
расстояние, которое. замеряется вдоль вспомоrатеЛЬНОl1
оси 1. За положительное направление выбирается направ"
ление к rоловке. Эта координата связана с координатой z
соотношением l z siпср;
}{онстанта адиабатичес}{оrо режима;
скорость вращения червяка, обороты в единицу времени
число заходов червяка;
отношение э<рфективной длины к радиусу диафраrмы, фаI{
u
тическая длина котором равна нулю;
р давление;
q объемный pacxoд
D
DR
е
Fd
Fp
F d
P p
,
h
J
k
L
l
м
N
п
n
344
rло" 1\'. ШЛРI'IЦЕВАН IЕ.
'1" ............... ...........
.
qw массовый расход (qw rq);
R радиус;
R безразмерное отношение вязкости расплава на входе в
червяк к вязкости расплава в rоловке;
r расстояние в радиальном направлении;
s . ширина. rребня стенки канала червяка, замеренная, в
нормальном сечении .канала;
t шаr,вин овоrо канала червяка (t r;:Dtg({));
t температура;
t толщина;
. -. .
т абсолютная температура;
о
и скорость движен,ИЯ. корпуса относительно червяка;
и 1 индекс равномерности .
V объем .или удеtТIЬНЫЙ объем жидкости;
v скорость;
'W ширина паза листовальной rоловки (опр.еделяется в на--
правлении, перпендикулярном скорости потока);
w ширина винтовоrо .}\:анала, замеренная в направлении,
перпендикулярном стенкам канала, то есть параллельно
оси х [см. уравнения (14) (16)];
х расстояние, замеренное вдоль оси х;
у расстояние, замеренное вдоль оси у;
Z мощность;
z расстояние, замеренное вдоль оси винтовоrо I{анала z;
а . константа вынужде'нноrо. потока, определяемая уравне..
нием (23), (длина)3;
u
а константа щелевом rоловки, определяемая уравнением
(180) ;
константа противотока, определяемая уравнением (24),
(длина 4 );
R
R: ДЛЯ труб ых и кабельных rоловок;
r скорость сдвиrа, время l;
...{ отношение ВЯЗI{ОСТИ расплава у стенки }\:орпуса к' вяз..
кости на дне канала
а радиальный зазор между rребнем cTeHKl1 канала червяка
и I{ОРПУСОМ;
Е постоянная мощности черВЯI(а, определ.яемая из уравне..
ния (128);
'3 уrол движения твердых частиц материала в зоне питания:
е м время;
k реолоrический параметр, рассчитанный по фа}\:тичес}\:ому
значению скорости сдвиrа;.
k' реолоrllческий параметр, рассчитанный по эффективной
скорости сдвиrа;
.
ЛИТЕ'РАТУРА
345
k/l реол'оrический параметр, используемый в случае т{анала
u
щелеВОlf rоловки;
'\
л СI{рытая теплота плавления;
11 вязкость;
l1а эффективная вязкость;
ПОI{азатель степени в степенном законе;
p плотность;
напряжение сдвиrа;
u
, ер yroиТ"l подъема винтовоrо }{анала, З8меренныи на нарУЖНо t
диаметре червяка (ер arctg t/тcD);
Ф функция диссипации энерrии вязкоrо течения.
Индексы:
Ь I{ОРПУС;
u
С круrовои;
D мундштут{;
d вынужденный поток;
.
t вхоД;
· u
t внутренним;
L зазор между чеРВЯI{ОМ и I{ОРПУСОМ
u
т среднии;
. u
О наруж.ныи;
р противоток;
s червяк;.
u
w массовыи расход;
. U
w. пристенныи;
u . U
x,Y,z направленныи, вдоль соответствующеи оси.
ЛИТЕРАТУРА
1. Anonymous, General Purpose Ехtrusiоп-Моld'iпg Machine, Brit. V]as{ ics
29, 442 (1956) .
2. Anonymous, New Machine with Screw Preplasticizer, Modern Plastics, 29 J _
NQ 12, 115 ( 1 951) . ' .
3. А t k i n s о n Т. Е., О \V е n D. G., Some Aspects of the Screw Extru...
sion of Thermoplastics, Trans. P1astics Iпst (London), 21, 40 (1953).
4. В а g 1 е у Е. В., End. Correctioп in I the Capillary Flow of Polyethylene,
J. Арр1. Phys., 28,624 (1957).
5. В а i g е п t 1(., Multi Screw Extruders, Тrапs. Plastics Iпst. (London),.
24 , 1 34 ( 1956) . . .
6. В е с k Е., High Speed Screw Туре Extruders, Kunststoffe, 46, 18 (1956);'.
Ехtrusiоп with Hjgh Speed Screws, Kunststoffe, 47, 250 (1957); Practical
Experiences in the Case of Extrusion with High. Speed Self Regulating-
Screws, Plastverarbeiter, 1, 19 (1957). .
7. В е с k Н. Kunststoffverarbeitung Sprjtzgiessen, Munich, Carj Haпser
V er 1 а g, 1 957, Р . 112.
8. В е r n h а r d t Е. С., Calculating Extruder Performance, Modern Plastics,.
32, NQ 2, 127 (1955).
9. В е r n h а r d t E С., Stock Thermocouples, Pressure Gauges and Rupture
Disks for Use оп Plastics Extrl1ders, SPE Journal, 11, No 11, 25 (1955).
.
...... ...............
r..П. 1 \7". ШI1РIIЦЕВАНl/[t:
....... ..-.......... ....... ---------.....
346
10. В е r п 11 а r d t Е. С., А New Deve1opil1ellt iп Ехtrасtiоп Ехtrusiопttlе
v acuum Extruder Sc, reVv' SPE Journa1, 12, N!? 3, 40 (1956).
11. В е r n h а r d t Е. С., \, alved Extrusion, SPE JournaI, 13, N 2 (1957).
12. В е r n h а r d t Е. С., М с Ке 1 v е у J. М., Analysis of Adiabatic
Plastics Extrusion, SPE Journa1, 10, No 3, 419 (1954).
13. В е у е r С. Е., Т о w s 1 е у F. Е., Flow of Polystyrene Through Rectan
gu1 ar Channels, J. Coloi d Scj., 7, 236 (1952).
14. В i r d R В., Viscous Heat Effects in the Extrusion of Molten Plastics,
SPE JоurпаJ, 11, N2 9t 35 (1955).
15. В о о у М. L., Private communication to Р. Н. Squires, June 11, 1957
16. В о u s s i n е s q М. J., SUr l'Influence des Frоttеmепts dапs les Mouve
ments Reguliers des F1t1ids, J. mathematique pures et app1iques, series 2,
]3, 377 (1868).
]7. С а r 1 е у J. Р., Ореrаtiпg Characteristics of Extruder.s, SPE Journal t
9, N 3, 9 (1953).
18. С а r 1 е у J. F. , F1o\\' of Ме1 ts i n «Crosshead» SI i t Di es; Cri teria for Die
Dеsigп, J. Аррl. Phys., 25, 1118 (1954)а
]9. С а r 1 е у J. F., Design and Operatjon of Crosshead Sl1eetjng Dies, Modern
P1astics, 33. N28, 127 (1956).
20. С а r 1 е у J. F.," М с К е 1 v е у J. М., Extruder Scale Up Theory and
Ехреrimелts, Ind. Eng. СЬеm., 45, 989 (1953).
21. Car1ey J. F., Ma110uk R. S., McKelvey J. М., Simpli
fied F10w Theory for Screw Extruders, 1nd. Eng. СЬет., 45, 974 (1953).
22. С а r 1 е у J. F., S t r u Ь R. А., Basic Concepts of Extrusion, Iпd. Eng.
Chem., 45, 970 (1953).
23. С о 1 w е 1 1 R. Е., Appljcations of Ехtrusiол Theory, Presented at the
13th Апп. Nat. Techn. Сопfеrепсе of the SPE, January, 1957; Tech. Pa
pers) З, 15 (1957).
24. D а r n е 11 W. H , М о 1 Е. А. J., Solids Conveying in Extruders, SPE
Jоurпаl, 12, NQ 4, 20 (1956).
25. Е. 1. ди Pont de Nеп10urs а. Со., Inc., PoIycheтicals Dept.. Inforтation
Bu11etins: X 70, A1athon Po1yethy1ene Rеsiп..Ехtrusiоп; Х..40с, ZyteI
Nylon Resiп Ехtrusjоп. "
26. Е с с h е r S., V а 1 е п t j п о t t i А., Ехреrimепtа1 Determjnation оС
Ve10city Profiles in ап Extruder Screw, Iпd. Eng. СЬет., 50, 829 (1958).
27. F i s h е r Е. О., Моdеrл Views ол Extrusion Machinery, Тrапs. P1astics
1пst. (LondoJil), 24, 143 (1956).
28. F j s h е r Е. О., Sing1e Screw Extruders, Trans. Р lastics 1 nst. (London) t
24 , 125 ( 1 956) .
29. F i s h е r Е. G., Extrusion of P1astics, London, Iliffe а. Sons, Ltd, 1958.
30. F r е d е r i с k s о n А. О., В i r d R. В.) Non Newtonian F10w jn Ап..
пuli, Ind. Eng. Chem., 50, 347 (1958).
3 1. G а s р а r Е., Problems and Trends in Еurореап Extruder Desjgn, SPE
Journa1, 12, NQ 10, 23 (1956). "
32. G е е R. Е., L у о л J. В., Nопisоthеrmа1 Flow of Viscous Non..Newto
пiап Рl uids, Ind. Eng. СЬет., 49, 956 (1957).
:33. G о r е W. L., Principles of P1astics Screw Extrusion, SPE Journal, 9,
N 3, 6 (1953).
34. G о r е w. L., М с К е 1 v е у J. М., Theory of Screw Extruders, va1.
111, Rheology; Theory алd Аррliсаtiолs F. R. Eirich (eд.) New York t "
Academic Press, 1 пс.
35. G r а n t о., W а 1 k е r W., Plastics Progress, Р. Morgan (ed.), Probleтs
of Мiхiпg in Extrusjon, 1Iiffe а. Sопs) Ltd., 1951, рр. 245 253.
36. G r а у А. N., Аutоgепоus Extrusion, Rubber Age (N. У.), 79, 286 (1956).
37. J е р s о n С. Н., Future Extrusion Studies, Ind. Eng. СЬеm., 45, 992
( 1953) .
J ИТЕР д. ТУРА
347
38. К е n n а w а у А. W е е k s D. J., Extrusion Problems апd Scre\\/ De
sign in Р01уthепе, А. Renfrew апd Р. Morgan (eds), London, Iljffe 3. Sолs,
L t d .) 1957, Р р. 285 305.
39. М с А d а m s W. rI.. Heat Тrапsmissiоп, Now York, McGra\v Hi11 Book
Сотрапу, 1 nc., 1954, рр. 34 38, 178.
40. М с К е 1 v е у J. М., Dеsi п of Screws for Polyethylene Ех trusion, SP Е.
J о urna 1 , 9. NQ . 3 , 12 ( 1 953).
41. М с К е 1 v е у J. М., Experimental Studies of Melt Extrusion, Ind. Епg..
Chem. 45, 982 (1953).
42. М с К е 1 v е у J. М., Analysis of Adiabatjc Plastics Extrusion, Iпd. El1g.
Chem., 46, 660 (1954).
43. М а d d о с k В. Н., Fundamenta1 Mechanisms in Р01уеthу1епе Extrusion,
SPE Jоurпаl, 12, NQ 10,49 (1956); NQ 11,50 (1956).
44. М а d d о с k В. Н., Factors Affecting Quality in Polyethylene Extrusion,
Modern P1astics, 34, Ng 4, .123 (1957).
45. М а d d о с k В. Н., How to Predict Extruder Performance with Polyet11Y
lепе, Plastjcs ТесЬпоl., 3, 385 (1957).
46. М а j 11 е f е r С., Ап Апа1уtiсаl Study of the Siпg1е Screw Extruder, Brit.
P1astics, 27) 394 (1954).
47. М а 11 о u k R. S., М с К е 1 v е у J. М., Power Rеquirеmепts of Me1t
Extruders, Iпd. Eng. СЬет., 45, 987 (1953).
48. М е s k а t W., Theory of the F10w of Materia1 in Worm Machines, part 1,
Кuпststоffе, 45, 87 (1955).
49. Modern P1astics Encyclopedia Issue, Extruding. Machines, vol. 36, N IA,
New York, Breskjn PubIcations, Inc., 1958, р. ] 112.
50. М о h r W. rD., М а 11 о u k R. S., Private communication to Р. Н.
Squires, Sept. 20, 1957.
51. Mohr W. о., Saxton R. L., Jерsоп С. Н., Theory of Mixing
in the Sing1e Screw Extruder, Ind. Eng. Chem., 49, 1857 (1957).
52. М о r i У.., О t о t а k е N., Месhапism of F10w through а Compression
Туре Screw Extruder, Chem. Eng. (Tokyo), 19, 9 (1955), In Japanese.
53. Mori У., Ototake N., Igarashi Н., ScrewExtrusionProcesses
for Fоrmiпg Plastjc Materia1s, СЬет. Eng. (Tokyo), 18, 221 (1954). In
Japanese.
54. Р а 1 S h i h 1, Viscous F10w Theory; 1, Lаmiпаr Fl0W, Princeton, N. J. о.
Van Nostrand Со., Inc., 1956.
55. Р а о У. Н., Hydrodynamic Theory for the Flo\v of а Viscoelastic F1uid.
J. Арр1. Phys., 28,591 (1957).
56. Р е r k i n s R. S., Extrusion Dies for P1astic Pjepe, SPE Journal, 12, NQ 8,.
47 (1956).
57. Р е r r у J. Н., Chemjca1 Engineers' Haпdbook, New York, McGraw Hill.
Book Сотрапу, Inc., 1950, р. 473.
58. Р i g о t t W. 1 ., Pressures Deve10ped Ьу Viscous Materials iп the Screw.
Extrusion Machine, Тrапs. ASME, 73, 947 (1951).
59. R о Ь Ь i п s 1\.. О., Ехtrusiоп Dies and Take off Equjpment. Моdеrп Pla
stics, 33, NQ 12, 125 (1955). .
60. R о g о w s k у Z. (now R i g Ь у z.), Prlncip1es of tlle Screw Ехtrusiоп,
Machine, Engineering, 162, 358 (1956); a1so Proc. Inst. Mech Engrs. (Lon
don), 156, 56 (1957)
61. R о w е 11 Н. S., F i n 1 а у s о n О., Screw Viscosity Pumps, Enginee
ring, 114, 606 (1922); 126, 249 (1928).
62. S а с k е t t R. О., Viscosity Data for Extruder Flow Equations, SPE.
J о u [п а 1 , 1 2, М2 1 О, 32 (1956). ,
63. Simonds Н. R., Weith А. J., Schack W., Ехtruslопоf Рlа...
stics Rubber апd Metals, New York, Reinho1d PubIishing Corp., 1952..
348
rл. IV. ШПРИЦЕВАНИЕ
... ...........
64. Sokol.nikoff 1. 5., S.оkоlпikоff Е. S., Higher Mathematics
for Engineers апd Physicists, 1st ed., New York, McGraw Hill Book Coт
рапу, 1 пс. 1941 , р. 97 .
65. S реп с е r R. 5.,. G i 1 m о r е G. D., Equatjon of State for High Po
Iymer, J. AppI. Phys., 21, 523 (1950).
66. S q u i r' е s Р. Н., Screw Extruder Pumping Efficjency, SPE Jоurпаl,
14, NQ 5 J 24 (1958).
67. S q u i r е s Р. Н., G а 1 t J. С.) uпрuЫisсhеd work, June, 1958. <
68. S t r u Ь R. А., ТЬе Theory of Screw Extruders, Proc. Second Midwestern
Сопfеrепсе оп Fluid Месhапiсs, Ohio 5.tate Uпivеrsitу 1952, рр. 481 494.
69 Toor Н. L., ТЬе Епеrgу Equation for Viscous FIow, Ind. Епg. СЬеm.,
48, 922 (1956). .
70. Т о r d е 1 1 а J. Р., Melt Fracture Extrudate Roughness iп. Plastics
Extrudion, SPE Jоurпаl, 12, 36 (1956).
71. W е е k s D. J., Some Aids to the Design of Dies for PIastics Extrusion,
Brit, Plastics, 31, '201 (1958).
72. W h j t с u t Н. М., Ехtrusiоп Еquiрmепt, Rubber а. Plastjcs Age. N2 1,
56 (1957).
7з. \У i 1 1 е r t W. Н., Injection Mo]ding Apparatus, U. S. Patent 2734226,
February, 14, 1956. .
'74. W i 11 е r t W. Н., Heating Systems for Ех trusion Cylinders, SPE J our
па 1, 13, N2 6. 122 (1957). . .
'75. У а r d о f f о., Mecanique des Fluides Sur ]es Ecoulements а lа Poiseuille,
Compt. ,rепd., 223,. 192 (1946).
76. Yoshida Т., H.ayashida К.. Kobayashi К.., Тела.
k а Н., А Method for Graphical Rерrеsепtаtiоп of Screw < haracteristics,
СЬеm. Епg. (Tokyo), 21, 366 (1957).
r лава V
ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ*
Литье под давлением является ОДНИМ из основных методов
пер:.еработки полимеров в промышленности пластических масс.
Этот процесс позволяет Изrотавливать высококачественные изде
u
лия с высоком степенью точности из самых различных .видов пла-
стических материалов при сравн тельно незначительных затра-
u
тах и высокои производительности труда.
В данной rлаве рассматриваются основные принципы работы
и конструирования оборудования для литья под давлением, литье..
u
вои цикл И комплекс характеРИСТИI{, определяющих понятие
формуемости. Еще не так давно литье под давлением развивалось
только интуитивно, скорее как искусство, так как для теорети
ческоrо решения MHorl1x .очень сложных проблем, встречающихся
в этой области, требова,ТIОСЬ проведение обширных и продолжи
тельных исследованиi'I. Однако полученные в настоящее время
экспериментальные данные позволяют лучше понять существо
процесса и HeCKO(l7]bKO уточнить существующие теоретичеСI{ие
представления. .
. Р.азработка теории литья под давлением еще далеко не за
I{онче.на. Основные вопросы, теоретический подход к объяснению
которых претерпевает в настоящее время существенные измене..
иия., . сосредоточены в разделе «Роль давления, температуры и вре..
.мени в процессе литья под давлением».
Литьевые машины
в первом приближеНИI1 можно определить' литье под давлеа.
u u
'нием как простои цикличныи процесс, в котором rранулы термо-
u
пласта расплавляются, полученныи расплав впрыскивается в
..прес.сформу, остывая в I{ОТОРОЙ материал затвердевает и образует
изделие заданной rеометрической формы. Существуют литьевые
.I\1аШИНрI самых различных размеров: от небольших автоматов с
величиной впрыскиваемой порции 32 2. до больших, снабженных
U v
.предпластикаторами машин свеличином ВПРЫСI{иваемои порции,
.
* r. Б. т а й е р, д. В. М а й т о Н, Р. Б. Д а Л 1<. Е. Б е й е р
{G. В. Thayer, В. S. Z. W. Mighton, В. 5., R. В. Dahl, В. S. С. Е. Beyer, В. S.,
The. Dow Chemical Сотрапу).
350
rл
\'
.IJИТЬЕ
под
ДА_ВЛЕI 11ЕЛ\
.. ...................
............... ...............
'"
I . -
..
.
't-.
'.
.'
'."
'..'
"
,
.
,
.,
:)
Рис.
5 J 1.
ОБЬIчная
литьевая
, ...
машина; l\tаксимальныи
порции 112 е.
вес
u
вп ыкиваемоIr
Рис.
5,2.
Обычная
литьевая машина;
лорцнн 4Е'О
(J
м а КСИl\f ал ь ныи
вес
...-
впр ь:скивае1VIОI r
е..
Л11ТЬЕвЫЕ Л'\АШИНЫ
351
Рис. 5,3. JIитьевая lvlзшина с предплаетиквтороrvI; i\1акеима.пьныЙ вес
впрыскивае 10Й порции 5,6 1С2.
.. .
. .
. .
.
/
2
. . . . . . . ... . I .
.' .. . I
.. . ....
- .
.. I .. ...
. I .
.
.
.
.
.
. . .
.
.
1
I
.....
1
1
. .
. ..
. 1. .
.
.
. .
.
5 3
в
· с5 с?
Вренн ,qОlJ.ле-- Темлера--,
. ние тура
I
Рис. 5,4. Основные части литьевой машины:
f прессформа; 2 заrРУ:304НЫЙ бункер; 3 питьевой Плунжер (D 2JOO Kr/CM2);
4 аппаратура управления; 5 иаrревательиая камера (150 З700).. б за!\'lыкающий
пресс.
достиrающей 9500 2. На рис. 5,1, 5,2 и 5,3 предстаВ,JIены типичные
.,ТIитьевые машины. Наиболее широко в перерабатывающей про..
11ышленности распространены литьевые машины обычноrо Тliпа.
Лишь незначительное ЧИСJIО машин с предпластикатарами при-
352
1'JI. У. ЛуlТЬЕ ПОД ДАВ.ПЕН iЕl\\
L
..
менЯеТся для изrотовления специаtJr:IЬНЫХ !{рупноrабаритных из...
делий с большими поперечными размерами, формование которых
может осуществляться только при очень высоких с!(оростях
впрыс!(а. Ниже приводится I<paTI<oe описание обычной литъеВОI.I
машины (рис. 5,4).
П'итатель. Обычно питатель монтируется вместе с бункером,
в котором находится запас rранулированноrо термопластичноrо
материала. В течение каждоrо цикла из питателя подается cTporo
определенное количество материала.
Литьевой ПЛУНЖер. Плунжер, или толкатель, который при...
u
водится в деиствие от rидравлическоrо цилиндра, продавли..
вает материал через наrревательный цилиндр и форсунку в по
лость прессформы.
Наrревательный (литьевой) цилиидр. В наrревательном ци-
u
линдре осуществляется равномерныи HarpeB и расплавление пол.и.
мера во время еуо движения в форме. Наrревательные цилинд-
pы современных литьевых машин обоrреваются ленточными на 48
rревателями сопротивления, которые образуют от двух до шести
тепловых ЗОН. Температура каждой тепловой зоны реrулируется
совершенно независимо от остальных зоН t
Для интенсификации процесса теплопередачи и улучшения
проrрева rранул в центре наrревательноrо цилиндра устанавли
вается своеобразный рассекатель (торпеда).
Форсунка. Форсунка иrрает роль соединительноrо канала,
через который материал попадает из цилиндра в форму. Для
.уменьшения Количества тепла, передающеrося за счет теплопро..
водности от наrревательноrо цилиндра к форме, площадь поверх..
ности !(онта!(та между форсункой и прессформой стремятся сде...
лать минимальной. Существует очень MHoro различных конструк"
uий литьевых форсунок, предназначенных для заполнения как
обычных, так и специальных прессформ.. На некоторых форсунках
устанавливаются ленточные наrреватели и реrуляторы темпер
туры для Toro, чтобы по'ддеРЖliвать нужную температуру расплава-
Прессформа. В прессформе имеются полости, заполняющиеся
u U
при литье расплавленноя пластмассои, которая, затвердевая,
образует изделия заданной формы.
Расплав из наrревательноrо цилиндра поступает в форму
U
через центральц,.ыи литник, разводящие литниковые и впус!(овые
I<аналы. Центральным литником называется канал, соединяющий
литьевую форсунку с разводящими литнин:овыми каналами. Ка-
нал центральноrо литника обычно имееТ коническую форму. Раз
водящие ли"тниковые !(аН,алы распределяют расплав по всей фор
ме и подводят ero к впусковым каналам, представляющим собой
короткие каналы очень небольшоrо поперечноrо сечения, через
которые пластмасса поступает в полости формы.
.ПИТЬЕВЫЕ МАШИНЫ
...... & ....
353
't
.
ПОСI(ОЛЫ{У ОДНИМ из основных назначений прессформы яв"
ляется охлаждение Пс/'1астическоrо материала, в конструкции
большинства прессформ предусмотрена возможность реrулиро
вания температуры прессформы.
Замыкающий пресс. ЗаМЫI{ающим прессом называется часть
литьевой машины, которая надежно удерживает прессформу в
закрытом состоянии во время ВПРЫСI(а и охлаждения. При откры--
тии заМЫI{ающеrо пресса форма раскрывается, что позволяет
удалить rOToBoe изделие. Замыкающее УСИЛIlе создается непо..
средственно от rидравличеСI(оrо ЦIIлиндра или при помощи колен..
чато..рычажноrо мультипликатора с rидраВ 1JичеСI{ИМ ПрI1ВОДОМ.
rидропровод. rидропровод литьевой машины о'беспечивает
работу отдельных механизмов машины Во время технолоrическоrо
циклаа rидропривод состоит из насосов, 'трубопроводов BbIcoKoro
давления, золотников управления, соленоидных клапанов и реле
времени. Обычно применяются два насоса: один насос развивает
высокое давление при малой производительности; друrой обла
дает большой производительностью, но развивает малое давление.
Такая двойная система позволяет обеспечить повышенную ско--
u
рость движения портня замыкающеrо устроиства и литьевоrо
плунжера в начале хода (в конце хода, коrда давление в системе и,
следовательно, рабочие усилия реЗI{О возрастают, скорость во
MHoro раз меньше). Важной характеристикой rидропривода яв-
u
ляется не толы{о величина максимальнои производительности
насосов, но также и зависимость производительности от рабочеrо
давления. Влияние основных параметров rидропривода на рабо
чий процесс литьевой машины подробно рассмотрено в работе
Х ана В .
Аппаратура управления. 'На пульте машины обычно находятся
девять основных РУI(ОЯТОК, которые управляют следующими па...
раметрами рабочеrо процесса: 1) I{оличеством поступающеrо в на..
. rревательный цилиндр материала; 2) величиной действующеrо на
литьевой плунжер усилия; 3) СI(ОРОСТЬЮ движения литьевоrо
плунжера; 4) температурой наrревательноrо' Цl1линдра (и литье-
вой ФОРСУНI{И, если на ней установлены наrреватели); 5) темпера--
турой прессформы; 6) временем пребывания плунжера в l(райнем
переднем положении (по ОI{ончании впрыска); 7) продолжитель--
ностью выдеРЖI{И фОр1fЫ в заI{РЫТОМ состоянии; 8) величиной за--
МЫI(ающеrо УСИЛI1Я; 9) временем пребывания прессформы в рас..
I{PbITOM состоянии. Кроме Toro, на машине, в заВI1СИМОСТИ от ее
КОIIСТРУКЦИИ и назначения, MorYT быть установлены и друrие op
raHbl управления. Конструкции дозаторов будут в дальнейшем
рассмотрены более подробно.
Величина УСИЛIIЯ, прикладываемоrо к lитьевому плунжеру,
реrулируется Прl1 помощи редукционноrо Н: Ylапана) установлен-
23 переработка терМОП.1аСТИЧНЬ1Х материалов
354
r Л. У. ЛИТЬЕ под ДАВЛЕНi'IЕМ
Т.....
.
Horo в системе rидрОПРlIвода. Скорость движения ЛИТtJевоrо плун"
жера реrулируется rидравлическим реrулятором скорости, YCTa
новленным на трубопроводе, по }{OTopOM)r масло поступает }{
rидравлическому цилиндру литьевоrо плунжера.
Температ)rра расплава является одним из наиболее сущест"
венных параметров рабочеrо процесса. Поэтому особое внимание
уделяется реrулированию температуры наrревательноrо цилиндра.
Для этой цели обычно используются термореrуляторы, датчикаI\.11/[
температур у которых служат термопары или термометры сопро
тивления, установленные в стенке наrревательноrо цилиндра.
Для уменьшения вес.ТlИЧИНЫ }{олебаний' температуры TepMopery"
ляторы должны обладать соответствующей сис емой преД.варения.
Для этой цели можно пользоваться, например, термореrуляторами
с насыщающимся маrнитн,ЫМ сердечни}{ом, которые обеспечивают
минимальные колебания температуры. Реrулирование темпера
туры фОрСУНОI{, если на них установлены ленточные наrревате.J1И,
производится при помощи автотрансформаторов или таких же
термореrуляторов, как и для остальныIx тепловых зон HarpeBa
тельноrо цилиндрэ.
Для реrулирования температуры прессформы лучше Bcero
и
пользоваться системои циркуляционноrо жидкостноrо термо..
u
стати ров ани я, состоящеи из термостата, в котором автоматичеСКJI
поддерживается заданная температура жидкости, и циркуля:цион"
Horo насоса.
Для управления раБОЧliМ цик пом применяются реле времени.,
позволяющие выдерживать заданные интервалы времени с вы-
и
сокои степенью точности; чувствительность этих реле должна
достиrать долей секунды. Метод наСТРОЙКI1 реле времени долже
быть достаточно прост для Toro, чтобы обеспечивать быстр.ое и
точное реrулирование продолжительности пребывания плунжера
в I{райнем переднем положеНI1И и времени выдержки формы в от-
крытом и закрытом состояниях.
Реrулирование замыкающеrо усилия на машинах с rидравли"
u
чес}{им ЦИJ1ИНДРОМ прямоrо деиствия осуществляется при помощ
обычноrо реДУКЦl10нноrо I{лапана. На машинах с рычаЖНО"I{РИВО
шипным мультипликатором необходимо реrулировать поло'жени.е
raeK на соединительных тяrах так, чтобы в том случае, если форма
полностью закрыта, рычаrи механизма занимали запирающее
положение, развивая при этом необходимое усилие замыкания.
ЦИКЛ формования
Качество литых изделий в значительной мере зависит от пра..
вилы}стии выбора рабочеrо режима и точности настройки аппара.
туры управления. В большинстве случаев настройк а opraHOB
управления не может производиться независимо друr от друrа.,
lJ)1КЛ ФОРЛ\ОВ А.НИЯ
355
.
Tal{ I{aI{ ОНИ очень тесно связаны между собой. Так, например,
если увеличить температуру пластмассы в HarpeBaTeJlbHoM ци--
tпиндре И не снизить одновременно давления литья, то может
произойти раскрытие формы. Кроме Toro, при более высокой тем..
11epaType затвердевание материала во впусковых I{аналах проис-
ходит неСI{О.П:ЬКО медленнее. Поэтому, чтобы предотвратить по..
явление раковин или впадин на поверхности изделия, необходимо
увеличить время пребывания литьевоrо п ryунжера в крайнем
переднем положении.
В распоряжении оператора литьевой машины имеется две
rруппы opraHoB управления. Одна rруппа opraHOB управления
ОI{азывает непосредственное влияние на качество издеLlТ"lИЯ, поз'"
валяя реrулировать температуру и давление расплава. Вторая
u
rруппа I{OCBeHHo связана с орrанами первои rруппы..
В качественных изделиях недопустимы короБJIение, Heдo
прессовки, трещины, заусенцы и т. л. Устранения этих дефектов
можно добиться только в том случае, если прессформа заполнена
необходимым I{о.пичеством расплава, ВПРЫСI{ KOToporo произво
дится при соотвеТСТВУЮJJlИХ температуре и давлении. Причины
возникновеНИ51 некоторых друrих дефектов, появляющихся в
..Т"lитых издеЛl1ЯХ, рассматриваются на стр. 409.
Изменение температуры пластмассы в течение цикла. Для
более детальноrо описания процесса литья под давлением инте
u
ресно проследить путь материала в литьевом машине и посмот
реть, I<aK при этом изменяются температура, давление ипродол"
u. .
жительнасть каждом стадии цикла.
Из бункера в наrревательный цилиндр rранулы поступают
обычно при комнатной температуре. Двиrаясь вперед, п'лунжер
продавливает пластмассу в зону обоrрева и одновремеI{НО вытал..
кивает paI1ee разоrретый материал из наrреватеспьноrо цилиндра.
Для Toro чтобы обеспе 1 IИТЬ достаточно продолжительное время
проrрева пластмассы, количество находящеrося в наrревательном
I илиндре материала должно во MHoro раз превышать объем одной
впрыскиваемой порции. Вначале температура пластмассы увели
чивается быстро, но затеl\'I по мере продвижения по цилиндру
СКОрость возрастания температуры материала постепенно умень"
шается.
Прт! нормальной работе машины средняяя температура рас..
Пu1ава в конце литьевой фОрСУНI{И хотя и приближается к темпе..
, u
рйтуре внутреннем стенки, но никоrда не достиrает ее значения,
так как для 9Toro время проrрева недостаточно велико.
В по'лости прессформы происхо ит затвердевание пластмассы.
Процесс охлаждения, который начинается еще во время запал..
нения полости формы, продолжается до тех пор, ПОI{а. изделие,
не станет достаточно жестким, чтобы ero можно Быl10o И3В.JJ.ечь
'1 3 *
..<Ь"....
356
rJI. v. ЛИТЬЕ под ДАВЛЕНИЕl\\
из:формы, не опасаясь коробления. Вынутое из прессформы из..
и
делие остывает до комнатнои температуры.
Изменение давления в прессформе в течение цикла. На рис. 5,5
представлена диаrрамма рабочеrо процесса, в которой цикл литья
разделен на отдельные этапы, отличающиеся друr от друrа вели
чиной давления в форме.
ПервоначаЛЬБЫЙ участок нулевоrо давления 1 м это время,
которое предшествует началу заполнения формы. Следующий
этап 2 м это период заполнения формы расплавом полимера. После
,
'fJеl1Я npe6bldo J 8реf1Я преоы60-
нин плунжера 8 еня ОX/lожие J НИВ преССфОрl1Ы
Ifраонен :НlIЯ nрессфорны r раскрь/тон
лереиН811 1. 1 состоянии
ПШlоженuи[ :
I
. ,
I
I
I
I
I
I
I
,
I
I
I
I
I
I
I
f
f
f
t
I
I
I
J ,
I -1
I I
I I
I I
I I
I I
I I
5
Q,,)
.
t::s
.r
6,
J I
8реня ..
Рис 5.5. Диаrрамма изменения давления в
прессформе за один .питьевой цикл.
Toro как форма полностью заполнена, давление в ней очень быстро
увеличивается, этап rЗ. На этой стадии цикла поступление расплава
в форму почти полностью прекращается. Сохраняющийся притон:
полимера связан с уменьшением объема находящеrося в форме
материала под действием давления и под влиянием температурной
усадки, обусловленной остыванием пластмассы. При формова 8а
нии массивныХ изделий они обычно еще не успевают полностью
u
затвердеть к тому моменту, коrда литьевои плунжер начинает
свое обратное движение. Вследствие перепада давления возникает
обратное течение ма'териала и некоторое !{оличество расплава
вытекает из формы, этап 4. Однако дальнейшее охлаждение при
водит к затвердеванию материала в ВПУСковом канале, этап 5.
После этоrо уже никаl{оrо течения' материала ни в форму, ни из
..нее не существует. Затвердевание пластмассы во впусковом ка..
ПИТАНуlЕ rРАН tЛА.МИ
357
v
.. ..ь.
Ha le ПрОИСХОДИТ тем быстрее, чем меньше размеры канала При
этом на практике, чтобы предотвратить обратное течение матери а...
,па, момент обратноrо хода лит.ьевоrо плунжера стараются подо-
брать TaI{, чтобы к ero начал)r расплав во впусковых каналах уже
:уrспе"l полностью затвердеть. Остаточное давление, сохраняющееся
в полости формы, п.родолжает постепеннО убывать до тех пор, пока
форма не раскроется, этап б. Обычно некоторое давление сохра..
няется в форме 11 перед самым MOMeHTolVl раскрытия. Слишком
БО .lьшая ве Т"lичина остаточноrо давления 1Уl0жет послужить при
. u
чинои растрескивания, повреждения или застревания изде лии
8 ПОЛОСТI-I фОРl\t.Ы.
Питание rранулами
Д '1я Toro чтобы реrулировать КО"ТIичество полимера) в.прыски..
BaeMoro за один цикл в форму, необходимо точно дозировать ко-
1ичество материаJIа, поступающеrо из бункера в наrревательный
цилиндр. Если в цилиндр поступает недос rаточное количеств.о
rранул, то форма окажется заполненной не полностью. В резуль''"
тате изделие получится н допрессоваННЫМа Даже если нехватка
материала очень невелика, давление, развиваемое при впрыске
.может оказаться недостаточным для Toro, чтобы создать нужную
степень объемноrо сжатия материала, которая обеспечила бы !{ом",
пенсацию темпе,ратурной усадки ПОt/fJимера при остывании. В ре,..
Зуr,пьтате остывающее изде.п:ие может отделиться от стенки rнезда
прессформы. При это л на поверхности издели.я иноrда появляются
нежелательные Вllадины. 11зБЫТОI{ материала приводит к обра
зованию перед плунжером чрезмерно длинноrо столба rранул,
u
i ОТОрЫИ существенно увеличивает потери давления в литьевом
UfIJlиндре и уменьшает дав.ление, развивающееся в прессформе
Объемные дозаторы. В объемных дозаторах rранулы посту"
пают из бункера в коробку или лоток, реrулируя положение
I{OTOPblX можно менять объем поступающеrо материала. OTMepeH
u .
Ное количество rранул ссыпается в наrревательныи цилиндр
перед литьевым плунжером. Объемные дозаторы применяются на
большинстве обычных литьевых машин.
Точность дозировки при использовании объемных дозаторов
ВПО,ll:не достаточна для качественноrо формования большинства
изделий, Однако в тех случаях, коrда приходится формовать
изделия особенно сложной конфиrурации или значительно YMeHЬ
шать время. ЦИI{ла, точность, обеспечиваемая объемными дозато...
раlVIИ, оказывается неудовлетворительной. Даже незначительные
изменения rеомеТРl1ческой формы отдельных rранул, непостоян"
u
СТВО условии трения или сил взаимноrо сцепления MorYT послу
Jкить причиной существенных КОvlебаний веса oTMepeHHOr() объема
358
,
r.[I, \r. I1ИТЬЕ I10) ДА13., Е 1I1ЕМ
1\1атериала. Поэтому, несмотря на продолжающееся совершенст
вование конструкции объемных дозаТОIJОВ, необходима разработка
и друrих методов дозирования, обеспечивающих более высокую
точность.
Весовые дозаторы. В весовых дозаторах порции rранул BHa
чале' точно взвешиваIОТСЯ на аВТОI\1аТllчеСI{ИХ весах и только ПОС.Тlе
этоrо подаются в наrревательный цилиндр. При этом количество
поступающеrо в машину материала совершенно не заВI1СИТ Hll
от формы rранул, ни от условий их трения. В результате paBHO
мерность питания при переходе от цикла к ЦИI{ЛУ увеличиваеТС51.
Весовой дозатор приводится в деfIствие от меха'низма, упраВЛ51е
Moro литьевым плунжером. Блаrодаря этому rранулы всеrда
u tJ
rIоступают в наrревательныи цилиндр точно в определенныи мо",
мент цикла.. Кроме OCHOBHoro реrулятора.. позволяющеrо настраи
вать дозатор на определенную ве пичину порции материала, доза
торы обычно снабжаются также и орrанами управления, при по
мощи которых можно реrулир'овать CI{OPOCTb срабатывания доза
. .
тора и точность ДОЗИРО'вания.
Искусство настройки дозатора на режим мини:маJIьноrо пита..
. u u
ния сводится К такои ero реrулировке t при которои в HarpeBa
. tJ
тельныи цилиндр подается только CTporo определенное количе
ство материала, необходимоrо для заполнения полости прессфор
мы. При этом возможность возникновения в форме чрезмеРНОI-О
остаТОЧНОl"О давления сводится к минимуму. Литьевой плунжер
. u
l\10жет оставаться в краинем переднем положении до тех пор,
пока материал во ВПУСI{ОВОМ I\анале окончательно не затвердеет,
что полностью исключает обратное течение 1\1атериала. Кроме Toro,
точное дозирование предотвращает всякую возможность чрез-
MepHoro 'уплотнения п'олимера в форме.
Предпластикатор. Предпластиi{атором называется вспомоrа...
u u
тельныи nаrревательныи ЦI1ЛИНДр, в }{отором происходит П 71аВ4i7Jе-.
н'ие rранул. Плунжер предплаСТИI{атора продавливает расплав...
u u
ленныи материал в литьевои цилиндр, из }{OTOpOro полимер впры....
скивается в прессформ)r. Машины с предпластикаторами обла-
дают рядом преимуществ по сравнению с обычными литьевыми
машинами: меньшее давление и большая CI{OPOCTb литья, MeHЬ
шая температура литьевоrо цилиндра, более ВЫСОI{ая произво",
дительность наrревательноrо цилиндра, больший объем ВПРЫСI{И"'
tJ
ваемои порции.
Кроме Toro, на машинах с предпластикаторами можно ocy .
ществлять объемное дозирование с очень высокой точностью.
Для этоrо ход литьевоrо плунжера оrраничивается механичеСКИl\rl
упором или I{онцевым ВЫКЛlочателем который срабатывает при
определенном положении плунжера. Блаrодаря этому плунжер
u
предплаСТИI{атора может подавать в литьевои цилиндр только
ПИТАНИЕ rРАНУЛАМИ
359
.
........
cTporo опредеLl1енный объем расплава, находящеrося в пОлностью
u u
раСП"ТIаВ..,f}енном состоянии при однои И TO же тем пературе и
давлении. .
Влияние pa3M pa, формы и кач ства обработки rранул. На
u
.раннеи ..стадии развития ЛI1:ТЬЯ под давлением теРМОПt,ТIастичных
М,атериалов размеры и форма rранул, TaJ{ же J{aJ{ и ,методы смазки
.их поверхности, неОДНОJ{ратно меНЯtJТIИСЬ, посколы{у приходилось
подбирать rранулированный материал, удовлетворит льно Beдy
щий с.ебя в питающих устройствах. Сравнительно недавно удасJl0СЬ,
наJ{онец, )'становить совершенно определенны.е соотнощени.я меж...
ду rеометрическими х араJ{теРИСТИJ{ами rpaIIY лята, T пи?OM, ыдеJ1Я'"
IОПLIIМСЯ в результате внешнеrо rrрения И количеством остающе...
[ося воздуха.
,
1050
<\J
700
\C
О
! .
.
-.
.' .
.
"
.
. '" ! ,
. {
,
f\
.
I
,
.
. ,
..
.
20 40 60 80 /00 /20 1f;0 /50
СоtJержаНlIf1 СJl10ЗNЦ# %
.
Ри . 5,6. Зависимость потерь давления от сояержания
смазки;..
Смазка. Поверхностная смазка .rранул значительно умень-
шает потеrи давления в машине, обеспечивает лучшее уплотнение
rl)анул, исключает опасность фрикционноrо подrорания материала
I-I позволяет работать при более высоких скоростях движения
литьевоrо плунжера. Влияние внешней смазк.и на в личину потерь
даВJIения на участке, заполненном нер.аСПL71авленными rранулами,
ПОJ{азано на рис. 5,6. Незначительная смазка, обеспечивая не..
которое )тплотнение rранул, не вызывает существенно умень"
шения силы трения rранул о стенку. Общая потеря давления при
ЭТО I увеличивается. Введение дополнительноrо J{оличества смаЗJ{И
)тменьш.ает величину потерь давления. Однако при ,литье изде f}ИЙ
з бесцветноrо неокрашенноrо материаJlа нельзя добаВt-ТIЯТЬ СЛI1Ш'"
1<'01\1 MHoro смазки, так J{aI{ она может вызвать помутнение И.ли
110явление темных полос в rOToBbIx изделиях.
Раз'меры и форма rранул. Размеры и форма rранул имеют очень
БО/Iьшое значение, TaJ{ как они определяют степень возможноrо
/П.Тlотнения и J{оличество захватываемоrо материалом воздуха.
.Е.сли размеры rранул СJ(ИШJ{ОМ веtf1ИJ{И, количе.ство захватываемо...
360
r л. V, .ПИТЬЕ Jl0д ДАВЛЕНИЕ!\\
L "
ro воздуха может оказаться настолько значительным, что уда.леНliе
ero из наrревательноrо цилиндра затруднено. ПопадаЮЩИl1 из.
наrревательноrо Цl1линдра в форму воздух приводит К пОЯВ.пению
в изделии серебристых полос и пузырьков. Опыт показывает.
что rранулы слишком малеНЬКоrо размера очень быст'ро плавятся
у стенок ЦIIлиндра. При этом они уплотняются так, что воздух
оказывается заI(люченным в оболочку из расплава. Расплав
удерживает воздух и уносит ero с собой в форму. В то же время
IеЛI{ие rранулы дают очень хорошие результаты при сухом окра...
шивании потому, что для них отношение поверхности к объему
очень велико.
208
205
202 f 2 5 6 7 8
а
8\,
215
210
.
205
200
195
(90 f 2 3 4 5 6 7 8 9 10
поря8ко6ыiJ номер lJпpbIc/(u6aeHoii пОРЦl111
б
Рис. 5,7. Влияние однородности rранул иа темпе
Р21ТУРУ расплава (средняя температура 205 ОС):
а однородиые rpaHYJIbl; 6 иеОДПОрОДНые rранулы.
Форма rранул таI{же теснО связана с сыпучестью и'насыпным
весом rранулята. ДJIЯ улучшеНJrIЯ сыпучести, уменьшения уrла
eCTecTBeHHoro отко'са и увеЛIlчения насыпноrо веса rранулята из
rотавливались rранулы самой раЗJIИЧНОЙ формы. Было уста..
l-Iовлено, что фОрl\lа rранул является определяющим парамеТРО1\1'
u
TO I[ы{O при заrРУ3I{е материала в наrревательныи цилиндр, в
то время как размеры rранул и внешняя смаЗI(а влияют на про..
цe c заполнения формы.
Равномерная rраНУJJЯЦИЯ И1\1еет такое )){е значение, как раз
меры, фОрIvtа 11 внешняя смазка rранул. rранулят с раЗЛИЧНЫfvl'
нлrРЕВАТЕЛЬНЫй ЦИЛИНДР
361
..
размером и формой rранул создает очень высокие потери
дав ryения и не обеспечивает постоянную температуру на выIодеe из
ФОРСУНI{И. Влияние однородности rранулята на температуру
расплава иллюстрируется на рис. 5,7.
Сушка. Некоторые термопластичные материалы обладают
повышенной rиrРОСI(ОПИЧНОСТЬЮ, адсорбируя из воздуха влаrу.
Иноrда влаrа конденсируется и на поверхности rранул. Такие
материалы необходимо тщательно просушить, прежде чем пода...
вать их в наrревательный цилиндр машины. В противном случае
влаrа. попадая в изделия, приводит к появлению в них крошечных
пузыры(ов и серебристых полос. Обычно для подсушки rранул
пользуются печами, оборудованными полками' или съемными
1J10тками. Применяется также и подсушка материала непосредст-
венно в бункере литьевой машины.
Подсушка, или предварительный подоrрев, материала павы..
u
шае'т температуру rранулята, попадающеrо в наrревательныи ци..
"rtиндр. Так I{aK при этом умен'ьшается КОЛliчество тепла, которое
необходимо сообщить материалу для ero плавления, то произво"
дите.!1ЬНОСТЬ HarpeBaTeJIbHOrO ЦИJIиндра соответственно возрастаеТ!а
Наrревательный ЦИЛИНДР
Наrревательный цилиндр является сердцем литьевой машины,
В нем происходит разоrрев и размяrчение пластмассы до TaKoro
состояния, при котором ее можно заставить принять форму по..
r[ОСТИ прессформы.
Температура и давление расплава на выходе из литьевой фор
су'нки это два основных параметра, от которых зависит каче..
етво будущеrо изде.JIИЯ. Однако в настоящее время редко удается
непосредственно замерять значение каждоrо из этих двух пара
lVleTpOB.
Теоретическое рассмотрение
Измерение температуры. Уже на ранней стадии развития J1ИТЬЯ
под давлением было замечено, что вследствие низкой теплопровод"
ности пластических масс поверхность наrревательноrо ци индра
должна быть очень веЛИI{а, а толщина проrреваемоrо слоя пласт..
тУ!ассы очень 1\1эла. Основной способ, при помощи KOToporo уда...
ва,,10СЬ удовлеТВОРI1ТЬ этиl'Л требованиям, состоял в установке в
наrревательном цилиндре рассекате,IIЯ, или торпеды. Схема Ta
KorO ТIIпичноrо наrревательноrо цилиндра изображена на рис.. 5,8.
l\1атериал попадает в зону А в виде твердых холодных rранул б
ЭТJ-I rранулы уплотняются, разоrреваlОТСЯ и выдавливаются из
tfllIтьевой форсунки в виде ВЯЗI{ОЙ ,ки:дкос,ти. Основное количество
362
r л. V.' ЛИТЬЕ ПО'Д ДАВЛЕНИЕМ
.
.
r
тепла. сообщается пластмассе пр'и ее прохождении через заЗОI)
между рассеI{ателем и корпусом наrревателя. Для Toro чтобы
, .
рассчитать', теоретичеСI{УЮ величину термическоrо к. п. д.' на-
1.
2
з
4
'1 -
.3011G 11
,1011G Б
. ,
. .
Рис. 5,8.
1 nЛУН)I{ер;
Типичный наrревателы1ыый ци.пиндр:
2 корпус наrревателъноrо ЦИлННДРа; з рассс.
каТеЛЬ (торnеда) 4 ФОРСУIlК8.
-. .
.. .
, ,
rpeBaTeJIbHOrO ЦИс.Т"lиндра, мо)!{но представить себе наrреваеl\1ЫЙ
J\1.атериал в виде «бесконечной Пс)7Jастины» (рис. 5,9). Подобное
упрощение позволяет, пренебреrая I{онцевыми эффектаl\'lИ, ПрlI
менить для анализа процесса теплопередачи уравнение, описы
вающее теплопередачу через бесконечную ПJТ астину.
Необходимо, однако,
d f иметь в виду, что хотя
dz большинство цилиндров
имеет именно такую I{OH..
." . U
струкцию, установленныи
- . -
в цилиндре рассеI{атель
ДОL!Iжен 'быть I{аким"то об
разом укреплен I(aK Сt)1]ед"
ствие эти уравнения не
дают совершенно точноrо
решения, и на основаНIIИ
всех этих расчетов в лучшем случ ае можно лишь 'получить пред..
. U
ставление. о возможнои веtlrrичине, термичеСI{оrо к. п. д. harpeba--
rельноrо Цk'lлиндра.
Пластмасса выдавливается из литьевой фОрСУНI(И при. тем..
пературе Та, I(оторая обычно намиоrо ниже температуры CTeHOI{
наrревательноrо цилиндра. Температура расплава на выходе из
фОРСУНI(И данноrо литьевоrо цилиндра зависит от температуры
. u
ero CTeHOI{ или. температуры наrревателеи, от Времени HarpeBa
или производительности. В литьевых машинах пластмасса по
U u ,1
падает в наrревательныи цилиндр при неl(ОТОРОИ начае,7JЬНОИ
температуре то, которая равна или комнатной температуре иЛи
температуре бункера.
,l
, ..
.
. /. .'. ' .
A
I
\
р НС.
. '
5,9. «Бесконечная п.п асти на» teprvIo--
плаСТИЧНОfО материала в зоне Б.
,
, .
.
. .
JIArPEBA ТЕJ1ЬНЫй ЦУ] П1-1НДР
363
у""""""'"
.......,.,.
"V
....
в наrревательном цилиндре Ilластмасса наrревается. При..
ращение температуры пластмассы равно Та То 1'1 прямо пропор..'
ционально количеству поrлощенноrо пластмассой теП.П:D. ЕСJIИ бы
l\'lатериал !\10r IIаходиться в наrреватеЛЬНО tI цилиндре СI(ОЛЬ уrодно
долrо, то температура ero в конце концов приблизилась бы к
т мпературе стенок цилиндра Ti" Т aK1'lM образом, максимально
возможное приращение температуры определялось бы разностыо
T i То и было пропорционально маl{симальному количеству теПJ1а,
Которое теоретически моrла бы поrлотить пластмасса.
Начальная /1VНVМОЛЫ1ая Средняя Те мператуоа
теt1пеоат5/ра темпеоат(/IJО теl'1леротуро ре2.У/1иро8анцн
'о 7fп ra 7;'
. J ., t .: L [=0. 7
l . J
..
ФактичеСIt.'UlI Ha pe8. полvмера
\..
....... у
80ЭМОJtCнЫU наере8 полимера
J
-
7:.
l
I Е::ОВ
'J
?о
L -
1m Та
Рас п реrJелеНt1Q
температуры
Рис. 5,10. Влияние распределения температур на вели...
чину термическоf'О К, П.. д. наrревательноrо ЦИлиндра.
Отношение фактическоrо количества поrлощенноrо тепла к
теоретически (или максимально) возможному называется терми-
чес!(иrvr I(. п. д# наrревателя и равно:
Та . То
.. Т....
Тё То
Е ::
(1)
Те1Vlпература выходящеrо из фОрСУНКI1 расплава Та' CTporo
u .
rоворя, не остается все время постоянном, а меняется от мини-
lVlа.J1ЬНОЙ температуры Т 1n до температуры стенки Ti' Как уже от..
l\1ечалось выше, Та это средняя температура расплава, а T i T nz
u
величина возможнои неоднородности распределения темпераТ)'I)
в расплаве.
Отсюда следует, что чем 1\1еньше неоднородность распределения
температур в расплаве, тем выше значение термическоrо к. п. д.
(величи на Е на рис 5,10). Поэтому Е это не толы{о мера средней
Э64.
r Л \i. ЛJ.-IТЬЕ под ДАВЛЕНИЕМ
1'емпературы расплава, выдавливаемоrо из литьевой ФОРСУНКJi.
но и критерий температурной неоднородности расплава. OT1\ e..
тим, что посколы(у термичес,кий К. П. д. представляет собой OT
ношение фактическоrо приращения температуры материа lа к
максимально возможноrvlУ приращению температуры, ero BeLljI'"
чина не ависит от температуры, на которую настроен реrУLТJЯТОр.
Поэтому наrревательный цилиндр может работать с люБЫI\1 tepMJi--
ческим к. п. д. независ-имо от температуры, на I(ОТОРУЮ настроен
реrулятор2.
Если измерить величину термическоrо к. п. д. при разных
значениях производительности наrревательноrо цилиндра то
можно построить rрафик зависимости термическоrо К. п. Д. от
производительности
Пользуясь таким rрафиком, можно сопоставлять xapaKTe )1IC
тики различных наrревательных цилиндров. Типичная !{РI1В3Я
изменения теРМI1ческоrо к. п. д. пре,дставлена на рис. 5,11.
, ., 1О' . .
t:,') (:) 1
I ,
К...., I
,
Н 0,9 .'
, , ,
, .!
t
. I I .1 \
t
,
0,8
[ i i
r .
i I
I
\
[1,7 I
I 1
i r \
I
I I r I 2
. ! I
!
о.Б
l) 10 t5 20 25 30 35 40
)
.....
. Прои зВооительность) Krj'loc
Рис. 5,11. Измеиение термическоrо К. п. д. В
зависимости от Производитеu1ЬНОСТН: HarpeBa
TeJIbHOrO цилиндра:
/ фактическая пронзводнтелЬНОСТЬ HarpeвaTeJIbHOrO ЦН"
ли ндра; 2 номинальная производительиость наrреватель.
Horo ЦИЛИНдРа.
Поскольку максимальная производите.пьность литьево] 12
U1ИНЫ м это очень неопределенная величина, зависящая от Te!\r "
пературы наrревателей, материала и сложности прессформы, ТО
точно определить ее практичеСI{И почти невозможно.
На праl(тике принято считать удовлетворитеЛЬНЫl\lИ маШIIНЫ
с термическим К. п. д. порядка 809.ь. При Tal{OI\1 значении Tep 11'.
ческоrо !{. п. д. расплав оказывается достаточно paBHOMe )HO
проrретым а величина производительности .JIежит в интерва/]е
11:\ [РЕВА ТЕJIЬНЫй ЦИЛИНДР
365
w
.
обеспечивающем качественное изrотовление большинства обыч..
ных изделий с допустимой величиноfr остаточных деформаций.
ПРОИЗВОДl1тельность любоrо наrревательноrо цилиндра опре..
деляется двумя факторами: размером цилиндра и ero констру.кuией.
Для Toro чтобы оценить влияние конструкции на рабочую
характеристику цилиндра, необходимо исключить влияние reo..
метрических размеров на производительность. С этой целью
прriдется вновь вернуться к уравнениям теплопередачи.
Теория процесса теплопередачи через П"ТIоскую пластину
разработана достаточно полно. Количество тепла, которое по..
rлотит' пластмассовая пластина, зависит от: 1) коэффициента
температуропроводности полимера, 2) времени соприкосновения
или, 11наче rоворя, времени пребывания материала в цилиндре,
3) толщины пластины, 4) перепада температур между температу..
U 'и
рои поверхности наrревательноrо цилиндра и температурои слоя
пластмассы. Величина }(оэффициента температуропроводности за..
висит от трех теплофизических характеристик полимера . теп..
лопроводности К, удельной теплоемкости с и плотности р:
К
ер
(2)
а
Величина коэффициента те!\1пературопроводности во BCeI\'l рас..
сматриваемом температурном интервале остается :почти постоян-
U
нои.
Среднее время соприкосновения можно выразить через reo...
метрические размеры наrревательноrо цилиндра и друrие пара..
метры, использующиеся для характеристики Лl1ТЬЯ под давлением.
Так, время соприкосновения t равно весу одновременно находя.
Iцеrося в наrревательном цилиндре материала V р (е), деленному'
на вес одной впрыскиваемой порции W (2) И умноженному на
продолжительность одноrо цик,п а t c (ceI{.):
t Vpt c (3)
W J
Величину производительности наrревательноrо цилиндра (в
К2/Ч) можно выраЗl1ТЬ с.ледующим образом:
36.W
q ', (4)
t,.
v
Подставляя это выражение' в уравнение (3),
t 3, БV р
q
ПОL71 учим:
(5)
Пользуясь уравнением те.П ТIопередачи, I\.fОЖНО записать О.т-
ношение фаI{тичеСI{оrо ПР11ращеНJfЯ температ)'ры к температуре
366
r Л. v. ЛИТЬЕ под ДАВЛЕНИЕМ
......... PI. ............
стенки как ФУНКЦИЮ коэффициента температурОПрОВОДНGСТИ, Bpe
l\1ени проrрева и толщины слоя. Так ка}\: уравнение, описывающее
эту зависимость, имеет очень rрОl\10ЗДКУЮ фОрl\fУ, то на рис. 5,12
она представлена в виде rрафика, по }{ОТОРОМУ можно определить'
ве"ТIИЧИНУ параметра at/a 2 для любоrо значения термическоrо
к. п. д.
}vtОЖI-lО записать
ЭТУ зависимость в
а. t '
Е f а 2
виде уравнения
(6)
}{оторое описывает процесс теплопередачи в бесконечной плаСТИllе,
обоrреваемой с двух сторон.
Если торпеда не обоrревается, то это означает, что пластина
наrревается только с одной стороны, или, иначе rОБОрЯ, эффек...
тивная ТО.Тlщина пластины удваивается. В этом случае знамена.
те,}lЬ в выражении (6) изменяется и уравнение принимает вид:
at
Е t 4а 2 (7)
,
в HarpeBaTe 1bHoM цилиндре обычной литьевой машины теП"r[О
u
}\: пластмассе подводится от наrревателеи через стенки Цl'Iлиндра,
т. е. обоrрев пластины осуществляется только с одной стороны.
Однако часть тепла передается за счет теплопроводности к pac
секателю через соединительные детали, при помощи которых
1,О
1 J 0.9
'
8
0.7
,
c"t$
8,6
а
, 5
>:;::j
0,4-
<J
З
:::s
2
I
О
r7 ;4
.
/1
V
l
7
I
8,! 2 ' 3
Но8уль тепло80сО DOтOKD
4
Рис. 5,12. rрафическая фОрl\1а записи уравнения
теплопередачи.
pacceKaTeJlb укреПс,Т{ен в цилиндре. Количество поступающеrо в
рассе}{атель теПtJrrа зависит rлавным образом от величины площади
соприкосновения между рассекателем и стенкой цилиндра. Тем.
пература поверхности рассекателя) если в нем не устаИОВJIеиы
НАrРЕВАТЕЛЬНЫй ЦИЛИНДР
367
.
, ...
наrреватели, меньше температуры стенки цилиндра. Поэтому
КО,Тlичество тепла, которое подводится К плаСТI\1ассе, оказывается
несколько большим, чем величина, определяемая уравнением
(7), и несколько меньшим, чем величина, опредеLl1яемая ура вне..
нием (6).
Если для учета количества тепла, сообщаемоrо пластмассе
рассеI{ателем, ввес.ти некоторый коэффициент 11, то уравнения
(6) и (7) можно записать в форме:
at
(5 п 2 ) а 2
Измер,яя термический к. п. д. при различных значениях произ..
водительности наrревательноrо цилиндра, можно построить кри-
вые, подобные приведенным на рис. 5,13. Сопоставляя эти I{РИ
Е
t
1 11<.2
(8)
OO
а95
I r '
.
11t:--: 0,90
с\:;) о, 85
с:::
80
)
о, 75
70
::::,
465 О
f..:,-...
...
f
5 10 15 20 25 30 35 1,:0 45
проuз808uтельность) кr;Чf1С
Рис. 5,13. Влияние рассекателя па теРi\lичес..
" ,
кии К. л. д. HarpeBaTe.TIЬHoro цилиндра;
l, односторонний HarpeB; 2 зкспериментальная КрИЕа ;
3 двустороиний иаrреВ.
вые с двумя теоретичеСI{ИМИ т<ривыми:, рассчитанными по урав..
IIениям (6) и (7), МОЖIIО определить значеНI1е коэффициента 11
Воспользовавшись уравнением (8) и выбрав определенную
величину термическоrо К. п. д., например Е 0,8, можно поло..
ЖI1ТЬ, что
at
(5 п. ) а 2
K R
(9)
rде КR ...... постоянная величина, зн ачение
выбранной величиной Е.'
..,
KOTOpOlI определяетсй.
368
r Л v. LТ1ИТЬЕ ПОД ДАВ,;1ЕНИЕfv\
Площадь поверхности слоя пластмассы, находящейся в
-rреВ<lтеIТIbIi:О\1 ци.л:индре, равна:
на..
s 7tL (d 1 + d 2 )
(1 О)
Объем пластмассы, находящейся в наrревательном цилиндре,
равен:
т:L (d;
V
4
d )
(1 1 )
Следовательно, отношение площади к объему:
s 4 т:L (d 1 + d 2 ) _ 4 2
l/ . 1tL( di d ). d 1 d . а
Время пребывания материала в наrревательном
определяется из уравнения (5). _
Подстав.llЯЯ значение t в уравнение (9), получим:
(12)
цилиндре
3 , 60: V Р 82 K R (13)
q(5 п 2 ) . 4V 2
И
q 3 , 6S 2 V 1J
4К R(5 п 2 ) \/2
или
S2 (14 )
q Kd V '
Kd
3, 6V ра
4 (5 п 2 ) K1J '
V
q
. S2
( 15)
Уравнение (14) позволяет установить влияние размеров ци..
.п:индра на НОl\'1инальную производительность. Для этоrо необ..
х одимо, зная ноrvrинальную производительность q, по формуле (15)
определить веJIl'IЧ!IНУ Kd. Это значение К{[ зависит от величины
выбранноrо терl\1ическоrо К. п. д. вида п Т]астмассы и особенностей
конструкции наrревательноrо цилиндра.
Величина }{оэффициента Kd для одноrо и Toro же материала
при ПОСТОЯННОI\1 значении Е является параметром, хара}{тери
зующим }{ачество данной }{онстру}{ции наrревательноrо цилиндра.
В дальнейшем будет показано, что этот подход спраВедлив и для
цилиидрическоrо слоя пластмассы.
НАrРЕВАТЕЛЬНЫй ЦИЛ[iНДР
369
Сопротивление течению и потери давления. При КQНСТРУИ-
роваНI1И наrр.евател.ьноrо цилиндра следует стреl\IИТЬСЯ к ТОМУ.
чтобы ВОЗНИI{9- ю щее в нем сопротивление течению расплава было
Мf!нимальным. При заданной величине УСИJIИЯ, деЙСТВУЮll еrо
u
на .питьевои плунжер, цилиндр, в котором сопротивление тече
нию меньше, позволит быстрее заполнить фор .лу, а это в свою
очередь сопровождается улучшением физико механичеСI{ИХ xa .
рактеРИСТИI{ изделия и уменьшением ПРОДО 1жите.}JЬНОСТИ цикла.
При продавливании пластмассы через наrревательный Цl-IЛJIНДР
возникает сопротивление ее ДВI1жению, I{OTOpOe приводит I( )Т!\1:ень"
t
з
Рис. 5,14. Установка ДЛЯ IfСС 1едования потерь даВ..lеНJfЯ:
l MaHoMeTp; 2 дроссель; З датчик давлеНtIЯ; 4 flриспособ1пенне ;3)П{ за .Iера
скорости впрыска.
.
шению давления расплава на выходе из литьевой форсунки по
сравнению с давлением на переднем торце литьевоrо плунжера.
Это сопротивление возникает в основном на участке цилиндра,
на котором пластмасса находится в rранулированном СОСТОЯНИI1, и
частично (меньшая часть) при ДВI1жении полурасплавленноrо н
полностью расплавленноrо материала. Вследствие неудовлетвори
тельной передачи давления rранулами часть давления теряется
даже в конце цикла, коrда течеНllе расплава полностью прекра
щается.
Величину развивающеrося в наrреватеЛЬНОI\f ЦИ"ТJиндре co
противления течению расплава можно 11змерить при помощи
специальных приспособлений, устанавливаемых на выходе IIЗ
наrревательноrо цилиндра. Изменяя величину ВЫХОДноrо OTBep
стия, удается имитировать переменное противодавление, которое
ВОЗНИI{ает при литье в каналах заполняемой преССфОРl\1Ы. Схема
подобной установки для измер.ения давления, СОЗДаваемоrо
в литьевой форсунке, представлена на рис. 5,14. ПtТIзс.тмасса
24
Персработка термопластичных материалов
з70
r л. \/. ЛИТЬЕ ПОД Д..4..ВЛЕНИЕМ
протекает по I{аналу, намеченному ПУНI{ТИРОМ. Размер выходноrо
отверстия из канала может реrулироваться..
На этой установке исследовалось сопротивление течению.
литьевоrо цилиндра при постоянном времени цикла и номиналь
u
нои производительности ци
линдра машины. Сопротив",
ление течению определялось
KaI{ величина отношения воз
никающих в цилиндре потерь
давления I{ давлению на литье...
вом плунжере. [рафик типич
""
нои зависимости потерь дaB
ления от давления на литьеВОI\..J
плунжере представлен на
рис. 5,15. Известно, что
величина расхода зависит от
u
перепада давлении вдоль Ka
нала f'I что при изменении
этоrо перепада COOTBeTCTBeH
но меняется и расход. Нане..
сенные на rрафИI{ рис. 5,15 точки получены при одинаковой BeIi1I-I
чине расхода расплаваL СIJТIедовательно, можно было бы ожидать,
u
ЧТО величина сопротивления течению останется ПОСТОЯННОlI.
'D5D
"'
700
rtS 350
Е:=
. о 350 700 1050 1400
Даdление на литье80Н плунЖ'ер Kr; ) 2
l)ис. 5,15. Потери давления в Har'p'eBa
тельном ци.линдре.
.
.
,==0.405
4Р" =-зов KI/cH 2
rpOfiY bI
(т8ероое
состояние
v иOKoecocтOPHиe
.
..,.... ...... ':........... ......... ......................
.... ........... ...........
..J., ..... ..... .............,.
(
4ft;
Pp
4Pr
Ih
1}
Рвс. 5,16. Различные состояния i\IaTepaa..1a в наrреватеЛЬНОl'iI ЦИ(,lиндре.
ПраI(тит<а, однако, ПОI{азывает, ч'то сопротивление течению через
u U
наrревательныи цилиндр при неИЗi\леннои производитеЛЬНОСТlI
зависит от веIЛ IЧИНЫ давлени:я литьевоrо плунжера, или, иначе
rоворя, ОТ rидростатическоrо да-Бления в расплаве полимера. Д,lЯ
Toro чтобы найти правильное объяснение этому явлению, необ
HArPEBA ТЕЛЬНЫj;'1 ЦИЛИНДР
1:,. .,.......
371
ходимо более подробно paccLVloTpeTb процесс движения Пtl1аст"
u
l\IaCCbl через наrревательныи цилиндр.
На рис 5,16 показано, что в наrревательном цилиндре cy
.ществуют принципиально ОТtJ1ичные области течения: движение
u
rранул в заднем части наrревательноrо цилиндра и вязкое тече
ние расплавленноrо полимера.
Суммарное сопротивление течению в цилиндре ст{ладывается
из сопротивления движению, возникающеrо в зоне нахождения
rранул, и сопротивления течению в зоне ВЯЗJ{оrо раСПе-ТIава.
При этом величина сопротивления движению rранул зависит от
величины rидростатическоrо давления, в то время как величина
сопротивления течению расплава не зависит от давления.
В начале движения через наrревательный цилиндр материал
.находится при J{омнатной температуре и представляет собой rpa..
нулы, !(оторые по мере продвижения по цилиндру разоrреваются.
После Toro !(aJ{ материа.п расплавится, вязкость расплава про..
должает изменяться. ПОСJ{ОЛЫ{У температура расплава все время
.!\/Iеняется, не существует TaKoro постоянноrо значения ВЯЗКОС1'И,
I(OTOPbIM можно было бы охараJ{теризовать состояние пластмассы
в наrревательном цилиндре. .L\\ожно, пожалуй., было бы ВОСПО.ТIЬЗО
ваться среДJIе интеrральным значением ВЯЗJ{ОСТИ, рассчитаННЫlVl
I aK некоторая функция распределения температур в наrреватель
ном цилиндре, предполаrая при этом, что распределение темпера
Т)'Р практически постоянно, TaJ{ J{aK условия работы машины
остаются неизменными.
Сопротивление движению в зоне rранул зависит от величины
I(оэффициента трения rранул о стенки цилиндра, площади поверх..
ности соприкосновения и величины приложенноrо усилия.
Спен сер, Джилмор .и Уили показали 19 , что в условиях YCTa
новившеrося движения rранул полистирола по стальному ци
индру влияние внешнеrо трения на rидростатическое давление
ложно описать уравнением:
Р d Р т ехр ( 4uLoI D)
(16)
r.де Р d давление на переднем движущемся торце зоны rранул;
р т давление литьевоrо плунжера;
Lo длина зоны rpaHY л;
u коэффициент трения полимера по стали;
D диаметр зоны rранул.
Если предположить, что это уравнение можно распространить
u
l-I на случаи неустановившеrося движения, величина потерь даВtJТIе..
ния в зоне rранул выразится следующим образом:
Р т P d [1
ехр ( 4u/L o D)]P,п
(17)
24*
HA] PEBATE 1ЬHЫ1-1 ЦI1 11.fНДР
373.
...
r
.
До нас-тоящеrо времени еще не удаlТIОСЬ опреде.пить, KaI{Oe
количество смаЗJ{lf це.7Jесообразно добав,}]ять к rраНУ(7IироваННОМ 7
материа. J1у 20. Известно ..ТIишь, что добавление небольших ко.т[и"
честв смаЗКJI способствует спреССОВI{е rранул; несколько б6льши:е
количества смаЗI{И облеrчают движение rранул (СМ. рис. 5,6)..
Фрикционное сопротивление движению с добавлением смаЗКJI
быстро уменьшается. Это уменьшение продолжается до тех пор,
пока весовое со.держание смазки не достиrнет 2. 1(r4 %. Дальней-
шее увеличение содер)!tания смаЗI{И уже не влияет на фрикцион--
Ное сопротивление.
..
Величина потерь .даВJlения q500
зависит также от объема
впрыскиваемой ПОРЦИI1 ИLТlИ 4400
длины «пробки» rpaHYJI (рис.
5,17). По мере увеличения [JЗОО
объема ВПРЫСI(иваеМОI1 пор
цин увеличивается и yro,fI 0,200
Н8I{лона прямой. Это проис- 0,100
ходит до тех пор, ПОI{а yro ТI
наI{лона не достиrнет пре
дельноrо значения. Преде Т1Ь
ное значение yr,la HaKilOHa
указывает на то, что у сте 48
иок цилиндра образуется д.о-
статочное количество распла..
u .
ва, которыи иrрает роль жид
кой смазки. Следовательно,
величина фрикционноrо co
с
противления до некоторои
степени зависит также и от
температуры плавления полимера. Чем ниже температура плав..
ления, тем I{ороче образующаяся в цилиндре пробка rранул
Фрикционные потери давления, составляющие около 80 % всех
потерь давления в наrревательном цилиндре, возникают на очень
небольшом отрезке ЦИЛl1ндра, непосред.ственно перед литьеВЫ!\-1
ПЛУllжером.
,
i
. ,1
.
I
,
.,
t )
. ..
,
i
025 40 55 70 85' '100
, 8личцна 8/7pЫCK 2
1 r 1 .1
90 2,70 3,50 4,40' 85- 22
ХоВ литье60ао ()лунжера J СМ .
Рис. 5! 17. Из енение танrеиса уrл а Ha
u
клона кривои потерь давления в зависн -
\IOCTI1 от величины (объема или веса)
v
впрыскиваемои порции.
u
КОНСТРУКЦИЯ наrревательнои камеры
Первое требование, предъявляемое к КОНСТРУI{ЦI1И HarpeBa..
т'ельной камеры, вытекает из ее OCHOBHoro назначения: обеспечить
u u u
равномерныи HarpeB I<аждои порции материала; наrреватеЛЬНЫII
цилиндр это, прежде Bcero, устройство для подвода тепла.
Однако при конструировании цилиндра возникают осложнения,
связянные со спеUИфI1чеСК1I!\1I особенностями полимеров: очень
з 74
r л. У. IJ11TbE под ДАВЛЕI1ИЕ1\-\
НИ3I{ИМ коэффициентом теПLIIОПРОВОДНОСТИ и тенденцией I\. термо...
""
деструкции, возникающеи даже при местных переrревах.
Второе требование, преДЪЯВ ТIяемое к I{ОНСТРУКЦИИ HarpeBa
u
тельнои камеры, это снижение до минимума величины потерь
давления в наrревательном ЦИtiТIиндре. Как будет ПОI{азано в даль
нейшем, эти два требования часто вступают в противоречие друr
с друrом. В идеальном наrревательном цилиндре весь ВПрЫСI{ивае
I\fЫЙ материал должен двиrаться через цилиндр l(al( одно целое.
Никакая часть материала не должна наrр&аться дольше, чем это
абсолютно необходимо. Поэтому при I\ онструировании следует
стремиться обеспечивать в наrревательном цилиндре максимально
u
равномерное распределение скоростеи в потоке материала.
,
...,.
,......
Рис. 5.18. Поперечные срезы, позволяющие СУДИТЬ о характере течения в
литьевом цилиндре с рассекателе!\{.
Для Toro чтобы установить XapaI{Tep распределения СI{оростей
в наrревательном цилиндре, можно воспользоваться простым опы..
том. В очищенную машину сначала заrружают прозрачную пласт..
u ""
массу, затем порцию Оl(рашеннои в темныи цвет пластмассы, pac
u
считанную на один впрыск, и после этоrо еще несколько порции
прозрачной плаСТIvlассы. ВыдаВLТIенный из ФОРСУНI{И материал oc
торожно охлаждают и после затвердевания стержня делают
ТОНI{ие .поперечные срезы для исследования.
Описанным выше методом распредеl.ТIение скоростей впервые
исследовалось на обычном наrревательном Цl1линдре (см. рис 5,15)_
Рассет{атель в этом цилиндре не заI{реплен и свободно опирается
НАrРЕВАТЕЛЬ}'IЫй UI'I.J1I 1 }]ДР
375
... "
на держатель ФОРСУНI{И. Часть тепла подводитсЯ к рассекателю
через опорное rнездо и центрирующие ребра.
- На срезах, сделанных с затвердевшеrо прутка, можно замеТИ1Ь
три темные полосы окрашенноrо: материала, которые предшест...
вуют основной массе окрашенной пластмассы (рис. 5,18). Р ac
положение этих' трех полос соответствует расположению Ha
правляющих ребер хвостовика рассеI{ателя. rранулы пластмассы,
ра положенные в непосредственной близости к ребрам, разоrре
ваются и расплавляются раньше, чем остальной материал. Не-
посредственные и мерения ПОI{азывают, что температура ма-
терl1ала, находящеrося у ребер, может' превышать температуру'
остальной масс,Ы. материала на 25 ос (рис. 5,19).
...
00
2700
""
2ЗО"С
22j ос
2Z0°C
900
Ре6ра
225 ос
2ЗО О с
1800
Рис. 5,19. ИЗl\fенення те:'vIПературы.. расплава ребра1\.fИ рассекателя.
Рассчитав величину отношеНJIЯ S2/V (см. стр. 368), можно
найти значения хараI{теристичеСI<оrо I\:ОЭффИЦ11ента Kd' которое
ДJIЯ этоrо ЦИЛl'Iндра составит 0,023 0,025. В Цl1линдре TaI{OrO
типа направляющие ребра С ТIужат для передачи тепла к пласт-
массе .И всеrда способствуют ВОЗНИI{новению неоднородности .pac
предеtlТIения температур в материаJlе.
.......-""'
..,) {Ь
r ./1. \'. .1i.ITbE под д.АВ..пЕН -LЕ .l
rораздо fJучшие реЗУ lьтаты ПОCllу-чаются, если рассекатель
(торпеда) закрепляется при помощи центральноrо фланца
(рис. 5,20). Интенсивный ПОДВОД теП ТIа к материалу начинается.
I{3K толы{о Пt;1Jастмасса входит В наrревательную }{амеру. Поэтому
необходимо, чтобы большая часть теПvJ1а подводилась к переднему
КОНЦУ рассекателя. Крепление фJlанцевоrо тнпа приБЛIj:жает
источник тепла к нерасплавленному материалу, а это вызывает
у ве..1ичен.ие характеристическоrо I{ОЭффИЦ(1ента Kd дО O,028 OL032
Поток
.
\
--
\
Нааребатель корпуса
РИСt 5,20. Рассекатель, закреп.аенныЙ центраЛЬНЬi l
фланцем.
потон
/
НаеjJеботель корпуса
Рис. 5,21. Рассекате.1Ь с внутреННИ!\1 обоrревом.
Для прохода расплава по окружности фланца просверливаются
отверстия с плавно закруrленными кромками. Та}{им образом
создается своеобразное препятствие потоку материала. Однако,
если поступающий к фланцу материал успевает полностью рас..
П"lавиться, то возникающее при этом сопротивление незначи--
тельно. Если же длина пере.днеrо I{онца рассеI{ателя недостаТОЧна
IIJIИ если перерабатываемый материал плавится слишком медленно
то сопротивление течению будет весьма существенным.
Наl1более интенсивный обоrрев рассекатее-71Я достиrается при
' )асположении ИСТОЧНИI{а теПJIа непосредственно в самом pac
секателеФ Обычно для обоrрева рассеI{ателя используются элеI{Тро..
наrреватели, хотя в ие}{оторых СJ1учаях ПРl1меияется пар lIЛ {
rорячее масло. НаrреватеЛ1-1 след}rет размещать так, чтобы maKCl-1.
?\Iальное количество тепла выделялось jT переднеrо I{онца pac
секателя. Л\есто устаНОВI{И реrУI1JИРJ'ющеrI термопары .ДОl,1ЖНО
НАrРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЦvJJ1ИНДР
377"
................
.
.. ...
.
. .
выбираться в области наиболее высокой температуры (рис. 5,21)
у наrревательных цилиндров с обоrреваемыми рассекате.ТIЯМl1
.. величина характеристическоrо коэффициента Kd достиrает 0,051.
ОДНИI\1 из серьезных недостатков при работе с обоrревае IЫМ}i.
рассекатеLТIЯМИ является появление серебристых полос на rOTOBbIX
изделиях. Это происходит тоrда, I{оrда воздух, обычно содержа..
р
щиися в пустотах между rранулами, затяrивается материаЛОI\1
в зазоры между рассекателем и цилиндром. Если температура
поверхности рассекателя ниже температуры поверхности CTeH!"Ii
цилиндра, то воздух может сравнительно леrI{О выйти обратно
вдоль рассекателя. Однако возникновение полос не всеrда обус
ловливается попаданием в наrревательную камеру воздуха.
Наиболее простой способ повышения производительности Ha .
rревательноrо цилиндра состоит в увеличении отношения 82/\/,
достиrаемоrо увеличением поверхности HarpeBa или уменьшением
объема HarpeBaeMoro материала или тем и друrим OДHOBpeMeHHO
Основная трудность при этом заI{лючается в том, что сопро
тивление течению МО}l(ет существенно увеличиться ил}! возникн)'т
l(акие либо друrие нежелательные явления. В настоящее время
на праКТИI{е I\1инимальное сопротивление ПОТОI{У удается обеспе..
чить в том случае, еСЛI-I площадь поперечноrо сечения кольцевоrо
'-'
канала у начала рассекателя по меньшеи мере равна площади.
поперечноrо сечения литьевоrо плунжера. Осуществлению этоrо
требования препятствуют HeI{OTOpble I(ОНСТРУI{тивные соображе
ния. TaI{, по мере увеличения диаметра рассеI{ателя увеличива--
'u
ются и напряжеНI1Я в стоиках, на кото.рых рассекатель заl(реПllfJен
внутри литьевой камеры. Одновременно с повышениеI\ давления
в камере приходится увеличивать и ТОJIЩИНУ стенок наrреватеЛЬ 4
Horo цилиндра
По мере продвижения вдоль камеры материал все более и
более разжижается. Поэтому оказывается возможно увеличить
диаметр рассекателя для Toro, чтобы умеНЬШIIТЬ величину зазора
и улучшить условия теплопередаЧl1. При этом следует соблюдать
особую осторожность, так KaI{ самое незначительное уменьшение
зазора обычно сопровождается увеличением сопротивления те...
чению, что может свести на нет все преимущества, достиrаемые,
увеличением наrревательной способности. Можно также значи...
тельно! УДЛJlни'rь наrревательную I{aMepy Однако чаще Bcero
сопротивление течению возрастает СЛИ.ШI(ОМ сильно. Одновременно
вследствие увеличения объема наrревательноrо цилиндра продол-.
жительность пребывания пластмассы при поВышенной температуре.
может оказаться' слишком велика. Друrим недостатком, прису..
щим наrревательным цилиндрам удлиненноrо типа, является.
усложненное крепление рассеI{ателя и затрудненная центровка
камеры относительно литьевой форсунки.
378
r.П. \Т., ЛI-'1'ТЬ,.Е под ДАI3JJЕr1ИЕМ
.... ... V".....
-
Можно существенно ув.еличить I(оэффициент теплопередачи,
u
если уда\iТIЯТЬ наrретыи материал от rорячих поверхностеlI и сме..
шивать ero с более холодным материалом. Это достиrается при
менением торпеды, на поверхности которой имеются ребра", рас-.
положенные TaI{, что ни одно из них не находится непосредствеНIiО
позади I{акоrо нибудь друrоrо ребра (рис. 5,22). Б,лаrодаря таи:ому
.
Рис'. 5,22. , РебристыЙ рассекатель.
расположению ребер происходит интенсивное отделение Harpe-
Toro материала от rорячих ребер потоком холодноrо материала,
что пр и водит к значитеJIЬНОl\1)Т )'величению наrревательной способ-
ности цилиндра_
,
" .
.
Рис. 5 ,23. Наrревате.ТIЬНЫЙ ЦИ,ТIИНДР с пазами..
Известны и друrие удачные КОНС,ТРУI{ЦИИ наrревательных
u
Цl'I Т}ИНДрОВ, в I{OTOPblX УВ,еличение наrревательнои поверхности:
цилиндра достиrается за счет применения I аналов с .сложным
профилем поперечноrо сечения.
Одним из примеров таI{ОЙ КОНСТРУI{ЦИ'И ЯВJlяется HarpeBaTet.ТIb"
u
ныи цилиндр, на внутреннеи поверхности I{орпуса KOToporo про..
фрезерованы rлуБОI\:ие ,пазы (рис. 5,23). В наrревательных ци..
линдрах TaKoro типа материаJI в основном течет 'по центральному
I(аналу. У cTaHoBllB ,в центральном канале небольшой стержень
или расс катель, можно улучшить наrревательную характери..
стику цилиндра. Во И,збежаНlfе ВОЗl\fIОЖIIОЙ заКУПОРI{И проход
НАI'РЕВАТЕЛЬНЫIJ Цi'IЛИr1ДР
379
.....----о<Ь..д
пластмассой размер рассекателя должен быть очень точно по
добран.
В друrой конструкции наrревательиоrо цилиндра в массивной
стальной болваНI<е просверлены меЛI(ие отверстия (рис. 5,24).
Наrревательные цилиндры TaKoro типа обладают очень высоким
термическим 1(. п. д. Известные затруднения возникают при из
rотовлении IIлавных подходящих I{aHaJlOB. Дополнительным не..
u
достаТI{ОМ ЦIIЛИНДРОВ такои конструкции является возможность
ПРОСI{акивания непроп.павленных rранул через центральные OT
верстия.
"
Рис. 5,24. НаrревательныЙ цилиндр с ПрОДО ЛЬНЫI\III
отверСТИЯl\IИ"
HarpeB пластмассы в обычных наrревательных цилиндрах
которые были описаны выше, осуществляется только за счет про
цесса теплопередачи. Это значит, что СОПРИI(асающиеся с rоря
чими металличеСI{ИМИ поверхностями слои пластмассы Harpe
ваются почти до температуры этих поверхностей. К более отдален ,
ным слоям материала тепло передается от этих HarpeTblx слоев..
Можно оценить влияние низкой теплопроводности пластмассы.
на процесс теплопередачи, сопоставляя время, необходимое для
u
проrрева слоев различнои толщины.
Ниже приведено изменение времени проrрева полистирола
(при наrревании ero от комнатной температуры до 232 ОС) в зави .
симости от толщины пластины (температура поверхности Harpe '
вателя 260 ОС):
Толщина пластины, J1..И. . .
Вреl\1Я Проrрева, сек . . . .
12,7 6,35 1)59 0,8
921 230 ,.14 j 3,6
в первоначальный MO ,1eHT соприкосновения материала со'
стенкой наrревателя. скорость теплопередачи веЛИI{а. Если во.
U t.J U
время каждоrо ЦИI{ла удалять наrретыи поверхностныи СJIОИ и.
заменять ero холодным материалом, то можно сохранить ВЫСОI{УЮ
CI{OPOCTb теплопередачи. Этот принцип и лежит в основе KOHCTPYK '
цИИ наrревательных камер с разделением расплава типа «поли
лайнер»1,12.
.ЭВО
[(,1. \ . .1 [,1ТЬЕ ПОД ДАВ..l Е Н 1 I Е l\t
Для разделения LVIaccbl расп.пава на БОJlьшое ЧИСJI0 отде.JlЬНЫХ
.ПОТОI{ОВ в I{aMepJ наrревате 1Я вставляется ЦИ ТIиндрическая или -
коническая втулка С перфорированными стеНI{ами (рис. 5,25).
На наружной поверхности ВТУ Т{I{И фрезеруются пазы, по KO
'торым расплав ПрОХО,дит I{ .ПIlтьевой фОРСУНI\:е. В некоторых кон..
, Д
(1
.&11
"000
Сечение по д..д
. .
'Рис. 5,25. Наrревательный ци rtиндр с разделением расплава на отдельные потоки.
струкциях «поли Т]айнера», чтобы предотвратить попадание через
центральное отверстие' нерасп авленноrо материала в форсунку,
-один конец 'ВТУЛI\И заrCll /шают. Хотя lсоэффициент теплопере..
дачи в наrревательных
Ю цилиндрах с разделением
c-c:i (,05 расплава HaMHoro выше,
чем в обычных, при проек
1,00 тировании их также необ-
' 0/1 ходимо обеспечивать ДО-
OJl статоч ую величину пере-
дающеи тепло поверхно
48 сти. Площадь этой по.
пА
v,и верхности можно рассчи..
Ц7. тать, пользуясь вышепри
веденным методом. Отли"
0,700 10 20 30 40 50 60 70 80 90 /00 110 чие заключается только
ПрОllз80аllmельность) Kf1lIac в определении толщины
Рис. 5,26. Термический к. п. Д. иаrревз. слоя пластмассы, так как
тельных цилиндров с раэделениеl\1 рас- В данном случае предпола
плава (вес впрыскиваемой порции 225 2. rают, что' при lсаждом
температура 2600): впрыске с поверхности Ha
l ЦИЛИНДрическое отверсТие цилиндра; 2 КОНИ4е- r p eBa У даляется слой P ac
СКОе отВерстие цилиндра.
u
. плава одинаковои толщи-
'.ны. Толщина слоя равна отношению объема к площади поверх..
ности. После этоrо рассчитывается время, необходимое' для на..
rpeBa raKoro слоя пластмассы с термичеСIСИМ к. п. д., равным 0,90.
На рис. 5,26 предстаВ ТIена диаrрамма, рассчитанная для раз
. .тrичных значений площади наrревательной. поверхности, объемов
1
i
f ,
!
I I ,
!
7
,
5 .....
. .
I
() !
r
'\
S
..., ..... \
"
О i
2/' 'k i
з j !,
] t
,
j I !
.; I i
НАrРЕВАТЕЛЬНЫй ЦИЛИНДР
ВПРЫСI(иваемых ПОРЦИЙ и времени ЦИI{ла, иллюстрирующая заВJf
u
симость термическоrо I{. п. д. от пластикационнои производите lЬ
ности наrревательноrо цилиндра. Расчет ПОI{азывает, что HarpeBa
тельные цилиндры с разделением расплава MorYT работать с ro
раздо более высокими скоростями, чем цилиндры обычноrо типа.
Несмотря на то, что площадь наrревательной поверхности y
u u
цилиндра с коническои втулкои составляет примерно одну треть
u
площади наrревательнои поверхност.и ЦИJIиндра с цилиндри..
ческой втулкой, их термические к. п. д. почти одинаковы. Это
можно объяснить двумя прич'инами. Во первых, поперечное се..
qение I{аналов, по которым
расплав перетекает из HYTpeH
u
неи полости втулки, настолько
мало, что материал, проходя
по ним, проrревается равномер-
но. Во--вторых, высокие потери
давления, возникающие при
u
продавливании холоднои пласт
массы через каналы, представ..
ляют (:обой энерrию, которая
рассеивается в материале в виде
тепла (рис. 5,27).
Из приведенных выше дaH
ных о величине потерь давле
ния не следует делать вывода
об абсолютном преимуществе
IJ
наrревателя с цилиндрическои
u Q U
ВТУЛI(ОИ по сравнению с наrревателем с коничеСI(ОИ ВТУЛКОИ.
Уrол при вершине конуса следует .рассчитывать так, чтобы объем
поступающих rранул равнялся объему удаленноrо слоя расплава.
Правильный выбор конструкции позволяет значительно YMeHЬ
шить потери давления и обеспечивает более полное удаление
u
расплавленноrо материала из внутреннеи полости втулки.
Одним из существенных достоинств' наrревательных ,цилинд"
u
ров С разделениеI\1 пластмассы является то, что ХОЛОДныи цeHT
ральный стержень rранулированноrо материала служит превос
ХОДным rазоотводящим l(анас)10 Л, fIO ко rOrOMY из расплава уда..
ляются воздух или друrие летучие ПрОДУI\:ТЫ.
381
v
{400
1200
{ОIJО
,'\
:1
-.:
800
600
400
r 200
с:: О 400 800 1200 1600
ПjJlfложенное оа8леНlfе} к!/сн 2
/
,/
,
I
1,
'"
...... --
Рис. 5,27. Потери даВJlения в Harpe
вательиых цилиндрах с разделениеl'vl
расплава:
l цилиндр с цилиндрическим отверстпе [;
2 цилиндр с коническим отверстием.
Реrулирование температуры
Обоrрев наrревательных цилиндров литьевы ," машин обычно
ос),'ществляется ленточными наrреватеJ1ЯМИ сопротивлеНl1Я, ко..
торые укрепляются на наружноfI ловерхности цилиндра. Были
u u
предприняты попытки применить для .этои цели масляныи и паро
382
,
r л. V. ЛИТЬЕ rroit Дi\ВЛЕНИЕJ\t\
.
вой обоrрев, однако они не увенчались успехом. В зависимости
от размеров цилиндра наrреватели rруппируются в две или три
тепловые зоны, каждая из l{ОТОРЫХ имеет свою систему реrулиро
вания температуры.
Количество тепла, которое необходимо ПОДВОДIIТЬ к разлиqныII.
местам наrревательно о ци.пиндра, не одинаково.
Наибольшее I{оличество тепла приходится подводить в заrр)
U u
зочнои части., rде наrретыи I{ОрПУС цилиндра СОПРИI{асается с
охлаждаемой водой rорловиной питающеrо БУНI{ера. В местах
первоначальноrо соприкосновения холодной пластмассы с обоrре
вающей поверхностью величина тепловоrо потока особенно Be
лика. .
На рис. 5,28 изображено распределение температур по длине
наrревательноrо цилиндра. Температуры замерялись термопара
?\1И, расположенными в направлении течения термопласта и OTCTO
ящими друr от друrа на 50 ММ.
ЗООI
290
280
о
270
260
t'3
250
240
230
2200
.
.
I
Ре2улирующон
термопара
2 4 6 8 10
Номер термопары
12-
(
Рис. 5,28. В lияние места установки реrулирующей
Tep\IonapbI (длина цилиндра 600 .мм).
Приведенный rрафИI{ ПОI{азывает, что, используя термопар) I
KaI{ даТЧИI{ реrулирующеrо устройства, мо)кно эффеI{ТИВНО управ
v
лять температурои участка цилиндра, находящеrося в непосред
ственной близости от нее (в даННОL\1 СJIучае это область, отстоя
щая от термопары не более чем на 38 J1tlM). При смещении l(райнеj.:'I
термопары дальше, I{ заrрузочному отверстию (I{aK ПОI{азано
стреJIт{аI\1И на рис. 5,28), средняя температура корпуса HarpeBa
тельноrо цилиндра увеличивается. Обычно наилучшие результа
ты получаются, если поместить упраВе-ТТЯЮЩУЮ термопару в cpeд
u
неи трети реrулируемои зоны.
I:IАrРЕВАТЕЛЬНЬ1И ЦИЛИНДР
383
--..u
Увеличение количества ЦИI{JIОВ или пластикационной произ--
водительности вызывает изменение температурноrо профиля
(рис. 5,29). Область холодноrо материала ПРОНИI{ает дальше вrL!1)тбь
цилиндра, что в свою очередь приводит I{ увеличению расхода
тепла в центральной части цилиндра. Одновременно температура
этой части цилиндра понижается. Это увеличение I(оличества
необходимоrо тепла не распространяется на переднюю часть ци...
..1индра. Поэтому с увеличениеl\/1 ПРОДОс.пжительности ВI{лючения
наrревателей повышается теl'лпература передней части цилиндра.
280
270
<..,j
о
20
,
....
250
tJ
250
б(}
Ре ё. ули{J!J ЮЩfJ л
fllеРN{)ПО jJ{J
240
О 1 2 3 " 5 б' 7 8 9 7 О 7/ /2 73 J"
Течение
.. IIОl1ер термолары
теРl10пласrла
Рис. 5,29. Распреде,,1ение те Iператур в наrреватель..
НОМ цилиндре при раз.личных значениях производи
тельности. Цифры на кривых время цикла в сек.
у станов!{а теплоизоляционноrо кожуха на корпусе наrреватель--
Horo цилиндра приводит Т{ У Iеньшению на 25 % Количества по..
треблйемой наrревателями электроэнерrии. Одновременно умень--
и
шается величина перепада те1\1ператур между нижнеll и верхней
'частями ЦИtJ1индра (рис. 5,30). Этот перепад температур возни!(ает
ВСс,ТIедствие Toro, что холодный воздух, СОПРИI{асающийся с нижней
частью цилиндра, наrреваясь, обтекает ero с обеих сторон и обра
,з)тет восходящий ПОТОI{ над ero верхней частью. Поэтому Дt!r:IЯ Toro
чтобы избежать переrрева материала, рекомендуется располаrать
термопару в верхнеи части цилиндра.
Отверстие для термопары должно просверливаться на таI{УЮ
rJIубину, чтобы термочувствительный спай располаrался при--
1\1ерно на середине толщины стенки цилиндра. Если расположить
спай Сr1IИШI{ОМ БЛИЗI{О !{ наrревателям, то он не будет восприни"
384
C.Тl. v. ЛИТЬЕ под ДАВJIЕНИЕМ
н -
мать температуру, существующую на внутреннеи поверхности ци
L1ИНДра. Поэтому температура расплава может оказаться занижен
ной. С друI'ОЙ стороны наличие толстоrо слоя l\iетаJ1ла между ..пенточ
'u u
-НbIrvf HarpeBaTe.:rIeM и термопарои реrулятора служит причинои'
значите.пьноrо запаздывания в реrулирующей системе, что обус..
.10ВЛ ивает большие ]{ОLl1ебан ия темпер атуры. Сочетан ие r луБОI{О
и неr..7Jубо]{о расположенных термопар, соединенных параЛLТIельно,
.
270
<:>
t:,-s'" 265
260
255
.
2
.
250
Верхняя Боко8ая часть
l/OCтb
Нижняя
"ость
Рис. 5,ЗО. Влияние экранирующеl-0 кожуха на pac
преде,,1ение температур на поверхности цилиндра:
. l c кожухом; 2 без кожуха.
Jl0ЗВО.Тlяет опреде.;lИТЬ среднюю температуру. Та]{ая система pe
I'У.,Т"lирования обладает малой инерционностью и существенно
УvТ"lучшает точность реrулирования температуры.
Форсунки
Констру]{ция литьевой форсун]{и существенно влияет на ве..
.ТJичину давления и температуры впрыскиваемоrо в форму расплава
Не следует применять форсунок, обладающих чрезмерным со--
11ротивлением. Большое значение имеет поддержание равномер--
ной температуры в протекающем через форсунку расплаве. По--
этому не реl(о лендуется HarpeBaTb или охлаждать материал в
форсун]{е. Нужно лишь предотвратить охлаждение HarpeToro в
[ илиндре расплава.
Использование стандартных форсунок с длинным l(оничеСКИ1\1
каналом приводит к возникновению чрезмерноrо сопротивления
ПОТОI{У (рис. 5,31).
Форсунки С80бодноrо истечения. Для уменьшения сопротив"
ления потоку применяются форсунки свободноrо истечения
(рис. 5,32). Л"\алое сопротивление потоку достиrается укороче..
Jiием con.Tla, через ]{оторое выте]{ает расплав (до 3 Mht).
HArPEBA ТЕльныt'f Цl1JIИНДР
385
v
Форсунки с обратным конусом. ФОРСУНI{И с обратным конусом
(рис. 5,33) широко применяются при литье l<ристалличеСI{ИХ
.полимеров (например, полиамидов), которые имеют высокую и до..
вольно чеТI{О выраженную температуру плавления. Если тем...
пература форсунки слишком высока, то в интервалах между
впрысками таI{ие полимеры MorYT вытекать из форсунки или,
наоборот, затвердевать в ней в случае отвода слишком большоrо
КОс,ТIичества тепла от форсунки l{ ЛИТНИI{ОВОЙ втулке..
.
Рис. 5,31. Обычная
литьевая форсун]{а.
Рис. 5,32. Форсунка
свободноrо истечения.
Рис. 5,33. Форсуика
с обратны1i1 коиусом.
Форсунки с обратным конусом ПОЗВОJIЯЮТ без особых затруд..
нений удалить застывший материа 1 из узкоrо конца I<анала и,
следовательно, избежать чрезмерноrо у'ве"lичения те lпер2ТУРЫ до
значений, при I{OTOPblX вытекание расплава может привести к
те ХНОлоrическим осложнен иям 15 .
Форсунки с шариковыми клапанами. В прессформах с «точеч..
ными впусками» время впрыска, I{aI{ праВИ,,7JО, БОt;1Jьше, чем в
НО2ре6атель
Рис. 5,34. Форсунка с шаРИКОВЫI\I клапаном.
. .
прессформах с обычными ВПУСI<ОВЫМИ I{аналами. ОднаI{О MaTe
риал в точечном ВПУСI{е быстро затвердевает, блаrодаря чему
уменьшается время пребывания ,п.итьевоrо плунжера в переднем
положении.
При. лИтье крупных изделий применение точечных ВПУСI{ОВ
нецелесообразно. В этих случаях можно уменьшить время выстоя
плунжера и ускорить затвердевание расплава во впуске, исполь-
зуя форсунки с шариковыми клапанаМИ (рис. 5,34). Шариковый
клапан такой форсунки пропускает расплав в прессформу. При
обратном ходе плунжера шарИI{ перемещается обратно, препят-
25 Переработка термопластичных материалов
386
r л. v. JIИТЬЕ ПОД ДАВ;IЕ:НИЕМ
ствуя вытеканию расплава. Это обратное перемещение шарика
сопровождается вытеканием из прессформы незначительноrо I{O
личества расплава. В форсунках TaKoro типа поток не остается
прямолинейным. Поэтому величина их сопротивления и время
ОЧИСТI{И при переходе на материал друrоrо цвета больше, чем у"
обычных форсунок.
Удлинение форсунки. Применение удлиненных форсунок,
конец которых доходит почти до стенки изделия, позволяет co
l{ратить время ЦИI{ла и уменьшить вес впрыскиваемоrо за один
цикл материала, так как длина впусковоrо канала очень мала.
Использование форсунки TaKoro типа особенно целесообразно
при работе по автоматичеСI{ОМУ циклу, так I{aK изделия, отлитые
в беЗЛИТНИI{ОВЫХ прессформах, не требуют последующей обрезки
литников.
Уменьшение продолжительности цикла достиrается за счет
укорочения ЛИТНИI{ОВЫХ каналов (некоторое уменьшение Bpe
мени заполнения и возможность понижения температуры расплава)
и более быстроrо охлаждения. При этом нет неоБХОДl1МОСТИ в cy
щественном увеличении сечения ВПУСI{овоrо канала. КОНСТРУI{ЦИЯ
форсунки, применяющейся для литья TOHI{OCTeHHblx СОСУДОВ 1
изображена на с!р. 393 (см. рис. 5,41).
Величина площади соприкосновения форсунки с прессформой
должна быть минимальна. Для Toro чтобы не произошло пере--.
охлаждения, наrреватели фоРСУНОI{ необходимо снабжать чувстви..
тельными термореrуляторами. Удлиненные ФОРСУНI{И должны
обладать достаточной прочностью. Особое внимание следует об
ращать на точность совпадения оси ФОРСУНКI1 с осью литниковоrо
отверстия формы. ФОрСУНI{И TaKoro типа MorYT пр именяться в
прессформах с обоrреваемыми литниками и в прессформах с не..
ст{олы{ими форсунками (см. стр. 394, рис. 5,42).
От6еР.стuя иионетром (02 (27 мн На2ре6атмь
.
I
'0 о о о
о о
о о
Рис. 5,35. СrvrеситеJIьная форсунка.
Смесительные форсунки. Смесительные форсунки исполь..
зуются для литья материалов с применением сухих пиrментов
(сухое окрашивание).. Для Toro чтобы осуществить смешение,
.
ПРЕССФОРМЫ для 1I'1ИТЬ5I IIОД ДАВЛЕНИЕМ
387
.
в канале форсунки устанавливается специальное сопротнвление.
!\:оторое разбивает пото!\: и способствует возникновению в нем
завихрений. Простая конструкция смесительной форсунки с
решетками изображена на рис. 5,35. Известны и друrие !\:OHCTPY!\:
ции фОрСУНОI{, например форсунка типа «ананас», винтовая, фор..
сун ка и форсунка с перфорироваННblМ вкладышем, I{OTOpbIe обес..
печивают качественное смешение. Во всех случаях установка
дополнительноrо сопротивления вызывает увеличение потерь
давления в форсун.ке.
Прессформы ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД давлением
Основное назначение прессформы состоит в том, чтобы при за-
твердевании заполняющеrо ее расплава образовывалось изделие
определенной rеометрической формы, обладающее заданными
размерами, удовлетворительным I{ачеством поверхности и xopo
шими ФИЗИI{о механичеСКIIМИ свойствами. При этом особенно
важно, чтобы отформованные изделия обладали одинат{овыми
размерами, отклонение которых не должно выходить за пределы
допусков, одинаковыми качеством поверхности и физико меха..
ническими свойствами. Констру!\:ция прессформы должна удов..
летворять требованиям рентабельности, т. е. затраты на из
rотовление должны окупаться в течение сро!\:а их службы.
При работе с прессформой особое внимание следует уделять
технике безопасности. Прессформы должны обладать максимально
возможным сроком службы; вероятность' их поломки должна
быть сведена !\: минимуму. .
Оценку . конструкции прессформы необходимо производить
уже на стадии прое!\:тирования. ..Р азумеется, нельзя сформули--
ровать НИI{акоrо универсальноrо КРliтерия степеНli совершенства
пре.ссформы, ни предложить каких либо унифицированных тех..
ничеСI{ИХ требований. .
Теоретические соображения дают ВОЗможность опр.еделить
I{омплекс требований I{ прессформе, котороый на практике почти
никоrда не удается удовлетворить. Теория позволяет инженеру
выбрать правильное направление при разработке I{ОНСТРУI{ЦИИ
прессфор'мы. ОднаI{О окончательную оценку конструкции пресс...
формы следует производить, сообразуясь' с конкретными произ
водствеННЫМli условиями. Конструктивные ' соображения имеют'
такое же значение, !\:а!\: и технолоrические требования,' и при'
проеI{тировании прессформы их следует таКж'е учитывать
Прежде чем приступить к конструированию прессформы, не-:
обходимо оценить предполаrаемую конструкцию по следующим.!
показателям: срок службы; прочность; эт{ономичность; УДО бсrв о')
об'служивания; жесткость; мате-риал прессформы.
25*
388
r .Т"l. \;.
ЛИТЬЕ под ДАВЛЕНИЕМ
"'-4 .
........ ..
Детали
прессформы
Типичная
На рис. 5,37 показаны
стоит эта форма. Назначение
вует ИХ названиям.
"l1итьевая
прессформа представлена
шесть основных
u
основных частей
на рис. 5,36.
u
частеи, из ]{оторых co
фор мы соответст"
Обычная прессформа для литья двух
а задНЯЯ ПОЛОВИНа (выталкнвающая); б Передняя половнна (литьевая);
НЫе пазы; 2 втулка направляющеrо штифта; 3 рым болт; 4 штанrа
выталкнвате..l]ей; 5 направ.Т1ЯЮЩИИ штифт; б ВО)1яные коммуникации;
литНИК; 8 ЛИТI-IНКОВЫЙ канал.
Рис.
5,36.
с7
полукруrлых изделии:
1 J 9 установоч.
возвра т а П!IиТЬ!
7 центра.;'1Ь-ИЫЙ
Матрица формы. В матрице прессформы пластичный материал
приобретает форму изделия. Поэтому при конструироваНliИ преЖ 4а
де Bcero рассматривается именно эта часть прессформы. Давление,
при котором расплав впрыскивается в прессформу, вызывает в
стенках матрицы напряжения, достиrающие 7 102 1,3.105 кТ/с.м 2 .
Эти напряжеНliЯ вызывают существенную деформацию пресс..
, u
формы, которая не причиняет никаких повреждении изделию,
если напр,яжения не превышают предела упруrости материала
формы. 'Если допуски на размеры формуемоrо изделия очень
ПРЕССФОРМЫ для ЛИТЬЯ под ДАВЛЕНИЕМ
,
389
.
.
малы, то материал, из }{OTOpOrO изrотовлена форма, должен обла-
дать высОкой жесткостью, а момент сопротивления ИЗfибу отдель-
ных участков формы должен быть настолько велик, чтобы дефор-
lVlация стенок формы не превышала допуска на размеры изделия.
Размеры rнезда формы должны быть несколько больше истин..
ных размеров I-Iзделия для Toro, чтобы скомпенсировать ero усад..
: . .
. . . .'
. : : '" . .:: I
. . .
Рис. 5,37. Детали обычной п рессформы:
l Kopnyc выталкивателей; 2 упоры; 3 упорная планка выталкивателя; 4
плита выталкивателей; 5 Вhlтал\<иватель; 6 штанrа возврата плиты выталки-
вателей; 7 опорная плита; 8 плиты с запрессованиыми в НИХ полуматрнца..
МИ 9 заrлушки вод.яных каналов IО литниковая втулка; 11 переДИЯЯ
плита; 12 центрирующее КолЬ О.
I{Y при охлаждеНИJ{. Факторов, влияющих на усадку изделия.
так MHOfO, что подсчитать их суммарный эффект очень трудно,
Поэтому }{онструктору прессформы приходится при определении
усадки полаrаться на практичес}{ие данные. Ниже приведены ти"
пичные значения припусков на усадку (в %) для различных
полимеров:
Ацетат целлюлозы . . .
Полиметилметакрилат . .
t{айлои . .
. .. . . . .
0,4
0,3
0,5
0,8
0,8
4
ПолиЭтилен
Полистирол
. . . . . .
0,5 4
0,3 0,8
. . . . . .
Обычно на практике ДОПУСК на размеры rOTOBoro изделия мо-
жет составлять + 0,1% от номинальноrо размера. Это пОЗволяет
компенсировать непостоянство в величине усадки.
390
T'J1. \', .JJJ.JTbE под Д,I\ВЛЕНИЕМ
..........................
Кристаллические полимеры обладают очень IUИРОКИМ интер
валом усадок потому, что при кристаллизации их объем сильно
уменьшается. Степень кристаллизаЦИJ1 полимера при ero OCTЫ
вании в пресс-форме зависит от ряда факторов и изменяется вши..
РОI{ИХ пределах. В не]{оторых случаях в прессформу может попа
дать нерасплавленный материал. Так как он уже обладает извест
u
нои степенью ]{ристаЛЛИЧНОСТll, то величина ero усадки опреде
ляется прежде Bcero коэффициентом термическоrо расширения.
Это, по"видимому, основная причина, зтарудняющая правиль
ное предсказание величины усадки кристаллических полимеров.
Друrим фактором, от ]{OTOpOro зависит усадка, является Be
личина препятствующих усадке внутренних напряжений. Так.
u
при литье тонкостенных цилиндрических изделии из полиэтилена
или найлона усадка может составлять только 0,5 %. в таких
изделиях средечник формы препятствует усаДI{е материала. При
этом процесс кристаллизаЦIIИ может развиваться, как обычно.
Однако возникающие усадочные напряжения релаксируют в ре-
зультате «ХОЛОДноrо течения» пластмассы, происходящеrо под
u U
воздеиствием остаточных напряжении, вызванных наличием cep
дечни]{а
Требования l{ качеству поверхности большинства литых из..
делий связаны с необходимостью обеспечить rладкую и бле--
стящую поверхность. r ладкость поверхности изделия полностью
определяется ]{ачеством обработ]{и поверхности rнезд прессформы1
и в первую очередь тщательностью полиров]{и и уходом за пресс
формой. Закалеиная сталь труднее Bcero поддается ПОЛИРОВI{е t
одна]{о ее можно отполировать до очень BbIcoKoro блеска, причем
полированная поверхность почти не подвержена абразивному
износу. OqeHb устойчивый rлянец имеют 11зделия, отлитыIe в
стальных прессформах) на полированную поверхность которых
нанесен электролитическим методом тонкий слой хрома.. Этот
слой предохраняет также поверхность прессформы от ржавления.
Прессформы, изrотовленные из мяrких металлов, полируются
очень хорошо. Одна]{о они довольно быстро портятся или на...
столы{о Сильно деформируются, что блестящая поверхность rOTo".
U u
вых изделии становится волнистои.
Внешний вид поверхности rOToBbIx издеJIИЙ зависи! та]{же от
ряда технолоrичес]{их фа]{торов, та]{их, как температура рас..
плава, температура формы, скорость ВПРЫСI{а и присутствие в
расплаве воздуха или водяных паров
Большое значение имеет реrулирование температуры поверх .
ности прессформы 9 , 21. Для Toro чтобы получить изделия с BbICO
кой степенью точности, обе печить стабильность условий запол
пения и охла ения, и rарантировать поСтоянство физико меха
нических свойств материала rOToBblx изделий необходимо точно
. . ._ ......................."...,................. ............. ........................
rJРl.ССФОРN1Ы ДJIЯ ЛИТЬЯ П О Д Д А.В ЛЕНИ ЕМ
391
. . ........................,..."........
поддерживать заданную температуру rнезд и сердечников пресс
формы. В HeI{OTOpbIX случаях равномерное распределение теf\ilпе-
ратур в форме достиrается при использоваНИI1 l\1еталлов с BblCOKOi1
теплопроводностью (алюминий, Me) ь). Однако изrотовление литье
вых прессформ из таких материалов вряд ли целесообразно в связи
Q Q
С их очень малой жесткостью и недостаточной твердостью, в ре..
зультате чеrо CPOI{ службы прессформ уменьшается. Кроме Toro,
теплопроводность пластмасс настолько меньше теплопроводности
:VIеталлов, что выбор в качестве материала формы специальноrо
металла, обладающеrо большей теПЛОIIРОВОДНОСТЬЮ, чем сталь}
не .дает почти никаI{ИХ преимуществ.
В тот момент, коrда rОРЯЧИll расплав впрыскивае'тся в форму,
температура формы несколько повышается и уменьшается лишь
после отвода охлаждающей водой избыточноrо количества тепла.
В обычных условиях т{олебания температуры формы MorYT пре
вышать 11 ос. Этих колебаний темпера1'УРЫ невозможно избежать,
но следует стремиться свести их до минимума. В некоторых .C,Try..
чаях отдельные детали прессформы приходится обоrревать для
Toro, чтобы поддерживать их при температуре, обеспечивающей
заПО.лнение прессформы.
Центральный литник. Размеры центральноrо ЛИТНИI{а должны
быть по возможности минимальными. Применение литников боль...
шоrо диаметра требует существенноrо увеличения времени охлаж':'
дения. Во мноrих случаях использование литников с большим
диаметром вызывало увеличение литьевоrо llИI{ла, совершенно
несоразмерное с толщиной стенок формуемоrо изделия. Кроме
Toro, литник большоrо сечения необходимо очень интенсивно
охлаждать для Toro, чтобы предотвратить ero отрыв от изделия
при раСI{рЫТИИ формы, коrДа примыкающий к нему литниковый
канал или выталкивающий шток выбрасывает затвердевший MaTe
риал (так называемый «литник») из отверстия ЛИТНИI{ОВОЙ ВТУЛI{И.
Если длина литника веЛИI{а, например в прессформах с тол
стыми стенками, то вследствие коничеСI{ОЙ формы отверстия ero
се.чение в месте соединения с разводящим литниковым I{аналом
может достиrать значительных" размеров.. На практике, чтобы из
бежать этоrо, применяют короткие ЛИТНИI{И в сочетаНИl1 с удли
н енными фор СУНI{ами которые MorY.T сильно yr лубляться в тело
формы. Это позволяет использовать короткие центральные. литни"-
ки малоrо диаметра. ПРl1меры I{ОНСТРУКЦИЙ трехсекционных пресс--
форм TaKOro типа представлены на рис. 5,38 и 5,39. Опыт пон:азы..
вает, что при правильном выборе размеров ЛИТfli'IКОВОЙ системы
большинство теРМQплаСТQВ можно впрыIкиватьь через J1ИТНИК диа
метром н е более 6 ММ. Обычно уменьшение давления в централь
ном ЛИТНИКЕ составляет очеflh небольшую часть ПОJIноrо пере...
u .
пада )хавлении.
392
1- ;I, V. J1I-ITLE ПО:L .]-, В.:IЕl I1-1Е..\1
". ......
каналы. Поперечное сечение литииковых Ka
распределяют расплав по всем rнездам формы)
должно обеспечивать свобод
ное течение материала. Соп..
ротивление потоку влитни"
,
u
KOBO системе увеличивается
с увеличением длины литни
KOBoro канала. Строrий Ma
2 тематичечеСI{ИЙ анализ тече
u
з ния расплава в литниковои
tl .
C11cTeMe, учитывающии влия
иие охлаждения и измене...
u u
нии напр яжении сдвиrа, из
LТIожен в работе Джи и Лай
она 5 .
Установлено, что flаилуч
Ша я форма ЛИТНИКОЕоrо l<aHa
ла это I<'p yr лое отверстие, в
которомпри максимально воз--
u
можнои площади поперечноrо
сечения площадь поверхности
CTeHOI{, определяющая интен
сивность охлаждения распла..
ва в I{анале, минимальна. Од...
нако с увеличением. скорости
....J _
Литниковые
налов, r<OTopbIe
Рис. 5,38. Трехплитная прессформа с
при нудите льны м выталкивателем лит
ников (в, закрытом состоянии):
l штанrа возврата плиты выталкивателей;
2 ВТоричиый литник (впуск); 8 фОрСУНКа;
4 ЦеИТральиый литник; 5 литНиковый канал;
б выталкиватель литннковоrо канала; 7 Ha
правляющий штифт плиты ВЫТалкива'rелей
8 упор; 9 болт реrУЛИРОЕКИ ХОДа ПЛНТbl ЕЫ'
талкивателей.
.......... - . -'. ............................. ............... -_. . .-
1
4
5
6
7
8
9
1
2
3
-5
Рис. 5,39. Трехплитная прессформа с принудитель...
ным выталкиванием литников:
J ll]таиrа возврата плиты выталкивателей: 2 Вblталкиватель
лИТНИI<овоrо каиала; 3 иапраЕЛЯЮЩИЙ штифт плиты ВЫталки-
вателей; 4 упор; 5 болт реrулировки хода плиты Быталки-
Ба Телей.
I"lJJЕССФ<!Рl\\Ы для .]1ИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕ \
393
........ .---...... . .. . ...............
впрыска и уменьшением времени заполнения формы охлаждение
расплава в t-1ИТНИКОВОЙ системе меньше влияет на процесс литья.
Кроме Toro, ИСХОДЯ из технолоrических соображений, связанных
с условиями изrотовления прессформ и конструкциями приспо
соблений ДJIЯ выталкивания затвердевшеrо в ЛИТНИI{ОВЫХ каналах
материа..rJа, оказалось це песообразным ПрИ fенять литниковые
каналы с несколы{о иной формой поперечноrо сечения (рис. 5,40).
Размер литниковых I{аналов,
изображенных на рис. 5,40, мож"
но охарактеризовать их ши
риной. Д ТIя большинства TepMO
.ПJ1астов она не превышает 8 MJltt.
Ширина может уменьшаться до
3,2 мм или даже до 1,6 )ИА1 при
очень I(ОРОТКИХ KaHaJlax.
Сопротивление потоку, воз
НИI{ающее в литниковом I{aHa
t;1e, можно реrулировать, изме..
няя размеры канала. TaI{ KaI{
при литье в мноrоrнездных формах необходимо обеспечить OДHO
временное заполнение всех rнезд формы, изменение размеров лит
.никовоrо канала ОI{азывается очень удобным средством для pe
rулирования расхода материа..
ла. (Реrулирование расхода,
осуществляемое изменением раз..
меров впусков, описано ниже.)
Hel(OTOpbIe специальные KOH
струкции прессформ изrотов"
ляются либо совсем без iIИТНИ"
I<OBbIX каналов, либо с обоrре
ваемыми I{аналами 14 . Если
u
l\'Iатериал, находящиися в лит
никовоf'I системе, при работе не
охлаждается, то таl(ая пресс..
форма называется прессформой
с rОРЯЧIIМ литниковым l(аналом.
На рис. 5,41 5,43 изображе-
I нь[ три типа прессформ, в кото..
-pыx расплав впрыскивается непосредственно из форсунки в rнез--
.до формы. На РИСа 5,41 представлена схема одноrнездной формы,
в I{ОТОРОЙ литьевая ФОРСУНI{а заходит в тело формы и расплав
u u u
Бпрыскивается в rнездо через I(ОРОТI{ИИ центральным впусковои
I(анал малоrо диаметра. На рис. 5,42 показана мноrофорсуночная
форма с двумя или более rнездами. Заполнение l(аждоrо rнезда
.производится через индивидуальную литьевую форс уrНI{У, которая
/
8
4
IJ ис . 5,41. Одноrнездная IIрессфор
l\fa, заJ10JIняемая при ПОМОЩИ УДI1И
ненной форсунки:
1 форсуика; 2 наrреватель; 3 воздуш
выЙ эазор; 4 сердечник; 5 -матрица.
Ширина
1 ... Ширина
rлу6ина
OClfo8aHl1e
а
Раоиус
d
l)ис. 5,40. Поперечные сечения
литниковых каналов:
a rлубина==2/З IllПрИИЫ; основание 3/4
ширины; б l лубина==I,25 радиуса.
394
r Jl V JJI.'ITbE под ;Lr\В&JfJЕНИЕ1'\\
......... _............... .............
устанавливается на конце наrревательноrо ЦИJIиндра. На
рис. 5,43 изображена мноrоrнездная форма с rорячим ЛИТНИI{О
u
вым каналом, в I{ОТОРОИ литниковая система является частью
формы. Основное преимущество всех этих систем заключается
в том, что в них отсутствует операция обрезки ЛИТНИI{ОВ и повтор
ное использование образующихся при этом отходов.
Кроме Toro, прессформы с rорячим литниковым I{аналом
ПОЗВОLfJЯЮТ уменьшить объем ВПРЫСI{иваемоrо материаl.lIа по cpaB .
нению с объемом, необходимым для заполнения аналоrичной
fIрессформы с охлаждаемой ЛИТНИI{ОВОЙ системой. Следователь .
, .
но, можно уменьшить время впрыска и увеличить количество
циклов, в особенности если весовая производительность литьевой
машины близка }\: пределу пластикационной способности Harpe...
вате п:ьноrо цилиндра.
8
r
.
\ ;J = I,2Нн
2
Рис. 5 42. МноrоФорсуиочная фор .lа:
1, 5, 7 воздушные зазоры; 2. 4 Hal'peвa
Те ПИ 3 диТьевой цилИНДР; б неподвнж
На я ПЛИ1а.
IJI-fc. 5,43. Мноrоrнездная фОрi\f а
t с rорячим ЛИТНИКОВЫМ канало :
1. 2, 3 воздушные зазоры..
Прессформы, показанные на рис. 5,41 5,43, С/Iедует приме
нять только при массовом производстве по полностью автомати
ческому циклу, потому что их установка и реrулировка сильно
затруднены. В ряде случаев невозможно избежать появления.
u
морщин и складо}\: на изделии в тои части, которая прилеrает
к впусковому каналу, так как rорячая форсунка вызывает Ha
столы{о сильный HarpeB стенок формы, что мощность системы
охлаждения ОI{азывается недостаточной. Особенное внимание
необходимо уделять реrулированию давления впрь ка, так как
в литниковой системе таких flрессформ отсутствуют учаСТКI-I,
затвердевающие ПруI охлаждении и обеспечивающие отделение
rорячеrо расплава от застывшеrо материала изделия.
ВПУСКО8ые каналы (впуски). Одной из наиболее существенных.
детаJIей КОНСТРУI{ЦИИ прессформы является впусковой I{aHa,,'I.
Обычно во ВПУСI{ОВОМ I{анале расплав встречает значительное
IJlJ[С:СФОРЛ1.Ы для Л(,-IТЬЯ под J АВЛЕIJИЕМ
........... . . .. -- .. - .- - ......."...... ...... .
395
сопротивление. В течение Bcero периода заполнения прессформы
давление в полости формы невелико. Только после полноrо за-
полнения прессформы давление в ней быстро возрастает и )твели..
чивается до тех пор, пока оно не станет paBHbIM давлению, пере..
Q
даваемому от литьевоrо плунжера через наrревательныи цилиндр
и литни}{овую систему. Если не принять специальных мер, то
это давление может оказаться слишком большим. После полноrо
заполнения формы и установления в ней давления температура
расплава' во впус}{овом канале понижается »астолько, что рас--
плав образует пробку, препятствующую вытеканию еще не за-
твердевшеrо расплава из rнезд формы после отхода литьевоrо
11лунжера.. Затвердевание должно происходить сразу же по окон...
чании стадии заполнения формы. Процесс затвердевания про"
Tel{aeT не MrHoBeHHo, но желательно "
свести к минимуму ero продолжи ДЛЦ/:fа fJnycKofJoeti;
тельность. в то же время размеры впу канала
cKoBoro канала должны быть ДOCTa
точными для беспрепятственноrо за
полнения формы.
В обычных прессформах с точеч
НЫМ впуском (р ис. .5,44) pery лиро
вание времени заполнения формы ocy
ществляется за счет изменения дли
ны впусковоrо канала 3 . Ширина
ВПУСl{а может быть любоrо размера,
вплоть до ширины литниковоrо
канала. .Применение более широких
впусковых каналов не дает обычно
никаких преимуществ. Единственное преимущество впусковых
каналов, ширина которых меньше ширины литниковоrо канала,
состоит в том, что упроrцается операция отделения rpaTa от ro..
TOBoro изделия. Рекомендуется применять впусковые каналы ши..
u U U
ринои от трех четвертеи до полнои ширины литниковоrо l{анала.
rJIубина ВПУСl{овоrо }{анала составляет обычно от 0,4 до 0,6 толщи.
ны участка сечения отливаемоrо изделия, к которому подсоеди-
няется впусковой }{анал. Минимальная длина впусковоrо }{анала
.должна равняться ero толщине.
В мноrоrнездных формах течение расплава следует реrулиро..
вать так, чтобы все rнезда формы заполнялись одновременно.
Если заполнение какоrо либо rнезда по каким нибудь причинам
приостановится, то оно может в дальнейшем и не возобновиться,
так как в точечных впусках пластмасса настолько быстро затвер-
девает, что имеющееся в литниковом }{анале давление оказывается
недостаточным для Toro, чтобы продавить образовавшуюся
пробку.
1)1-1(. 5,44. Длина впусковоrо
канала.
396
rJI. v. JIИТЬЕ под ДАВЛЕНИЕМ.
.
Одн им исключением из изложенных выше общих пр аВИJL
конструирования впусковых каналов является так называемый
веерный впуск. Ширина ero превышает ширицу литниковоrо I{a
нала, причем более широкая часть ВПУСI{овоrо канала, имеющеr о
форму плоскоrо веера, соединяется с формуемым изделием.
Веерные впуски пр и меняются для У!\r1еньшения остаточных напря
u
женин, появляющихся в прилеrаЮllIИХ I{ ВПУСКОВОМУ каналу
областях крупноrабаритных П,JIОСКИХ изделий, в том случае,.
t,
если друrие методы уменьшеlIИЯ напряжении неприемлемы.
Из опыта установлено, что для выравнивания времени запол
нения длина впусковых каналов, расположенных в непосредст
венной близости от центральноrо .Jlитника, должна примерно
вдвое превышать длину наиболее удаленных впусковых I{аналов.
Длина впусковых каналов, через I\:oTopbIe заполняются IIромежу
точные rнезда, должна лежать в указанных пределах и быть
обратно пропорциональна расстоянию от центральноrо литника
Эта практическая рекомендация является следствием очень боль
шоrо числа наблюдений и дает преl{расные результаты. HeKOTO
рые конструкторы прессформ pery лируют время заполнения 01
u
дельных rнезд не только длинои впусковых I{аналов, то таI{же 1'1
u
ширинои литниковых каналов.
Сила СОВtl80, 6Ы3IJ/dОЮЩОIl
иеtpорноцuю 110терuола
l'1е.ЖdУ СЛОД {J 11 {J В
.......... ..
Стенко 8незоо фОjJНЬ/
'\.
.
Фронт ПОЛ70Кt1
т ерноnласта
JатdеjJое8шuи
слои В
/,
. Слои Л, tJ81.1:J1cущиаСl1
с оnреiJе.л8нноii СНОflостlJЮ
Рис. 5,45. Возникновение замороженных ориентационных
v
напряжении.
Напряжения, возникающие вследствие ориентации и объем.
Horo сжатия. Обычно можно представить полимеры состоящими
из длинных, беспорядочно расположенных цепных молекул. Во
время заполнения прессформы хаотическое расположение моле..
кул переХОДl1Т в упорядоченное, так l{al{ молекулы ориенти....
руются в направлении теченИЯ. Как только расплав полимера
прикоснется l{ холодной cTeHl<e формы, он быстро охлаждается
(рис. 5,45, слой В). Расположенный дальше слой А продолжает-
двиrаться, хотя он также охлаждается. Возникающие :vrея(ду.
.....
ПРЕССФОРМЫ ДЛЯ ЛИТЬЯ под Д.4ВЛЕНИЕМ
....
"397
'СLТIОЯМИ силы трения вызывают растяжение ИL1И ориентацию пласт..
массы в направлении течения В реЗУv1ьтате в rOToBoM изделии
существуют замороженные напряжения 17 . Этот вид напряжений
можно существенно уменьшить, увеличивая скорость заполнения
'и повышая температуру CTeHOI{ прессформы.
T ПЛОтнение расплава после полноrо заполнеНI1Я формы (в
конце цикла) вызывает дальнейшутю ориентацию материала в
области, расположенной BOKpyr центра..!JЬНОЙ части наиболее
-толстых сечений издеJIИЯ ВОЗНИI{ающие при этом в прилеrающих
к впусковому каналу участках в результате объемноrо сжатия
высокие остаточные напряжения можно уме.lIЬШИТЬ путем увели
чения CI{OPOCTI-I впрыска, YCKopelIHoro затвердевания расплава во
впусковом канале и уменьшения уплотняющеrо давления. Приме..
нение BecoBoro дозирования, которое обеспечивает подачу CTporo
I-Iеобходимоrо количества материала в ПО.ТIость формы, также по..
ЗВОJ1яет Уl\1еньшить эти напряжения.
Конструкция прессформы
Величина давления расплава в ПОv10СТИ фОрМЫ составляет
35 850 кТ/см 2 . Обычно давление в форме в конце ци'кла запол..
неJIИЯ достиrаеr 280 "т /см 2 . Это давление, действующее на пло..
щадь поперечноrо сечения rнезд формы,. создает olIeHb большую
силу. В результате под действием неуравновешенных давлений
может произойти смещение или деформация отдельных частей
формы. .
В большинстве СJ1учаев на литьевых машинах формуются тон-
костенные изделия с толщиной стенки от 0,3 до 0,89 ММ. Контей..
u U
неры с такои толщинои стенки изrотавливаются миллионами
. штук Для 'foro чтобы rOToBbIe изделия имели стенки с постоян..
ной ТОjIЩИНОЙ, необходимо очень cTporo выдерживать взаимное
положение отдельных деталей прессформы Л1.0ЖНО пояснить это
на примере.
Если контейнер с толщиной стенки 1,52 ММ формуется в преСС"R
'форме, сердечник которой может смещаться IIa 0,25 М-,И, то это
значит, что у rOTOBoro изделия толщина одной стенки будет равна
1,77 А!М, друrой 1,27 AtM. При заполнении такой прессформы не
U
ВОЗНИI{нет никаких затруднении и изделие, отлитое в форме с та..
ким смещающимся се'рдечникоrvI, будет вполне приrодно I{ ЭКСП&l'1уа
таuии. Ес.пи же приходится формовать изделие, толщина стенки
I{OTOporo должна равняться 0,89 ММ, а сердечник формы по..
прежнему может смещаться на 0,25 мм, то в это случае толщи.
на тонкой стенки составит уже только 0,64 ММ, а более толстой
1,14 ММ. Так как 'fолщина одной стенки превышает ТОЛЩIIНУ дру..
rой IIОЧТИ в два раза, то при формовании TaKoro изделия возник,
398
rл. У. ЛИТЬЕ под ,1 АВЛЕНИЕМ
Рис. 5,46. Одиоrнездная пресс
форма, рассчитанная для рабо.
ты по автоматическому циклу.
нут серьезные затруднения. Давление литья, необходимое для
заПОлнения формы, придется определять, исходя из Toro, что
толщина стенки равна 0;64 ММ. ЭТО означает, что при формовании
изделий в прессформе со смещающимся сердечником давление
.питья должно быть больше, чем при формовании Toro же изде..
лия в прессформе с непоДВИЖНЫМ сердечником.
СопоставлеI-Iие жеСТI{ОСТИ I\:ОНСТРУКЦI1И производилось на двух
прессформах, преДI-Iззначенных для литья однотипных изделий.
В мноrоrнез;I.НОЙ прессформе, изображенной на pI1C. 5,37, взаим"
u
ное совпадение отдельных деТ8с,ТIеи осуществляется только при
помощи направляющих штифтов. Замеренное при нормальных
условиях работы суммарное смещение сердечника, включающее
также и незначитеJIЬНЫЙ ИЗfиб, составляло 0,23 М..И. В OДHO
rнездной фОрl\1е, схема I{ОТОРОЙ изображена на рис. 5,46, суммар"
ное смеlЦение серлецника не превы"
шало 0,08 M.IIt. Большая жесткость
сердечника одноrJlездной формы дo
стиrается при ПОМОLI И коничеСI\:оrо
u
ХВОСТОВИI{а, KOTOpbIII креПI1ТСЯ в ко...
ническом rнезде, раСПО Т'Iоженном в
центральной части rнезда прессфор
мы. Т акое изменение констр УI(ЦИИ
прессформы позволило уменьшить
почти в TPI'l раза величину смеu\ения
сердечника.
ДОПОЛНI1тельное усовершеlIСТВО4lO
baI-Iие в I\:ОНСТРУКЦИИ прессформы
заключается в применении более
массивных пуансона и матрицы.
Для 'увеличения жесткости формы
недостаточно применять только бо..
лее прочные материалы. Необходимо,
кроме этоrо, увеличить моменты СОПРОТlfвления сечения тела MaTw.
рицы и пуансона, увеличив для этоrо размеры поперечноrо сече..
IIИЯ деталей. Различ»е в I\:ОНСТРУКЦИИ И размерах деталей обеих
прессформ наrлядно показано на приведенных рисунках. Хорошие
результаты получаются, если толщина стенки матриц состав.
ляет примерно половину от поперечноrо размера rнезда.
1\\ожно уменьшить величину деформации rнезда матрицы,
воспо'льзовавшись методом внешней поддержки. Для 9Toro мат..
рица устанавливается в массивнОй стальной плите ИЛlI обойме.
Влияние поддерживающей п.питы на жесткость матрицы сказы..
вается лишь после некоторой деформации матрицы. Эта деформа
ция должна быть дос'rаточной для образования большой опорной
ПРЕССФОРМЫ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
399
... ..-.
u
площади между наружнои поверхностью и внутреннеи поверх
ностью обоймы. Иноrда необходимая для этоrо величина дефор-
со
мации может оказаться довольно значительнои.
Л\икроскопическое 11сследование ПОI{азывает, что, ПОI{а на
эти детали не действуют НИI(акие у.силия, площадь поверхности
СОПРJIкосновения между матрицей и обоймой очень невелика.
Под действием давления расплава, находящеrося в rнезде матри"
цы, эта площадь постепенно увеличивается. Вначале это проис..
ходит свободно за счет зазора между матрицей и обоймой.. Далее,
по мере увеличения площади, соприкосновения матрицы с обой
MofI, начинает возрастать сопротивление со стороны CTeHOI{ .обой...
мы. деформирующихся в местах соприкосновения с маТРl1цей.
По достижении определенной величины деформации поддерживаю..
щая обойма препятствует дальнейшему расширению матрицы.
В том случае, если прочность матрицы не) остаточна, поддержи .
вающий эффект обоймы может сказаться слишком поздно, коrда
матрипа успеет сдеформироваться настолько, что форма и reo..
метрические размеры изделия уже не будут удовлетворять тех ни..
чеСI(ИМ требованиям. В отдельных исключительных случаях.
деформация матрицы может Оl(азаться TaI{ велика, что rOToBoe
изделие не удается извлечь из rнезда формы. .
Материалы ДЛЯ прессформ. Литьевые прессформы изrотавли-
ваются из самых различных черных и цветны'х металлов. Иноrда
выбор материала определяется леrкостью механической обработ'"
KI1. В HeI{OTOpblX случаях определяющим фактором является тре..
бование минимальной механической обработки rнезда матрицы.
Если прессформа предназначена для v1ИТЬЯ изделий из TepMO
пластов, вызывающих коррозию металла, или для работы в усло...
виях повышенной влажности, то особое внимание у'деляется кор-
розионной стойкости материала, из KOToporo будут изrотовлены де-
таЛI-I формы. Необходимость снижения стоимости прессформы мо"
жет оБУСЛОВIIТЬ выбор мяrких, леrко обрабатывающихся материа...
лов. НаПРОТИВ 1 при необходи:мости обеспечить длительную не..
прерывную работу используют ВЫСОI(опрочные износостойкие
материалы. В некоторых случаях при выборе металла для изrо..
товления деталей прессформы приходится руководствоваться
стремлением избежать I{оробления больших изделий. ОДНИ 1 из
фаI{ТОрОВ, определяющих выбор тех И 'IИ иных материалов Д,J1Я
деталей прессформы, является I{оличество ИЗfотавливаемых из..
делий. Все это показывает, что совершенно невозможно предло
жить какие-нибудь общие правила выбора материалов для де rа Тlей
прессформы.
На практике для изrотовления прессформ применяются все
марI{И сталей. Корпус прессформы, в отверстия KOToporo запрес..
сованы CT3,TIbHble каленые вклаДЫlIIи rнезда, изrотавливают из
400
-
rJJ. \-, ..lI"1TbE под ДАВЛЕНИЕМ
малоуrлеродистых и обычной нике ТIевой сталей. ] ля изrотовле-
ния фрезерованных детАлей прессформы применяются самые раз
личные леrированные стали. К ним MorYT ОТI1:0СИТЬСЯ стали,
заl{аливающиеся в воде, в lасле, на воздухе и, Ha OHeц, caMO
закаливающиеся стали.
!\\ноrие детали прессформ изrотавливаются как из холоднока 48
таной, так и rорячеl{атаной стали. Литые детали используются
u
очень реДl{О в основном вследствие недостаточнои прочности и не..
достаточной химической чистоты металла. Однако в отдельных
случаях .,1итые болванки из нержа'веющей стали успешно применя
ются для изrотовлеllИЯ маТРИl.( сложной rеометрической формы,
механичеСl{ая обработка и отдеЛI а которых вызывает большие
затруднения.
Плиты форм (поддерживающие корпуса матриu, несущие
выталкиватели), упорные втулки и направляющие штифты изrо..
тавливаются из rорячекатаной стали. Преимущество rорячека...
танной стали заКлючается в том, что, обладая меньшими остаточ"
ными поверхностными напряжениями, эта сталь лучше обраба..
тывается.
Во MHorl1X случаях опорные или промежуточные плиты изrо..
тавливаются из леrированной стали и закаливаются. Это делает...
ся для Toro, чтобы плиты, подверrающиеся при работе знакопе-
ременным наrрУЗl{ам, не проседали под их воздействием. Было
замечено, что у плит из мяrкой rорячекатаной стали наблюдаемый
после продолжительной работы проrиб достиrает 0,79 ММ. J ефор-
. v
мация I<аленых плит под наrрузкои имеет такую же величину, но
они не проседают. так Kal{ возникающие напряжения не превы-
шают предела упруrости. При закалке плит следует имеТfJ в виду,
u U
что их не реl{омендуется l{алить до тои Ж.е твердости, до которои
закаливается поверхность матриu.ы.
Стали, закаливаЮlциеся в воде, почти не применяются для
изrотовления деталей прессформы, так как детали сложной фор..
МЫ СКлонны к растрескиванию и короблению. ИСКJ]ючение COCTaB
ляют только ЦИЛИНДРl1ческие детали, такие) l{aK штоки выталки"
вателей, штифты и иноrда соединительные штанrи. Стали, за-
u
I{аливающиеся в Mac..ТIe, применяются для изrотовления Детален
матрицы и пуансона. Эти стаЛ1-I olIeHb хорошо термообрабатывают"
ся и при их заl{алке можно ПОtТI {ЧИТЬ самое различное сочетание
u
таких своиств, как твердость, допустимое удлинение, прочность
и др.
Детали формы, Прl1 эакаЛI{е которых особенно важно избежать
возникновения закалочных трещин или коробления, изrотавли
ваются из сталей, заI{аливающихся на воэ.цухе. Самозакалива..
ющие.ся стали заl{аливаютс.я при ПРОДО ТIжительном наrревании..
Обычно закалка таI{ИХ сталей производится ,.."'0 твердости, при:.:
ПРЕССФОРМЫ для .питья под ДАВЛЕНI1ЕМ
401
ltОТОрОЙ еще возможна их механическая обрабОТI{а. После изrо-
товления из них матриц или пуансонов, для Toro чтобы не повре
дить rOTOBble детали, после механической обработки они не под
верrаются НИI{акой теР 100бработке.
Заrотовки ДЛ,я I{РУПllоrабаритных прессфор {, К,оторые не Т(ьзя
получить ИЗ стандартноrо проката, изrотав.,Т!иваются из ПОI{ОВОI{,
'размеры 11: формы которых приб.Тlижаются к размерам 11 форме
прессформы.
ПОСI{ОЛЬКУ при KOBI{e в леталле возникают значительные
остаточные напряжения, перед механичеСI{ОЙ обработкой I{O..
ваных заrотовок их следует от)!<ечь. Затем, после Toro как до
заданноrо размера останется только 3 М:11, заrотовки следует
повторно отжечь. Т акой повторный отжиr позволяет сильно
уменьшить опасность растрескивания и I{оробления, которые MO
rYT возникнуть при окончатеЛЬfIОЙ термообработке,
Матрицы прессформ ИзrотаВ"ТIивают также из самых различных
цветных металлов; во мноrих случаях такие матрицы работают
вполне удовлетворительно. Из цветных мета,ТIЛОВ можно изrо
l'авливать матрицы сложной rеоме1'рической формы литьем или
прессованием. В тех случаях, коrда в прессформах отливают не-
большие партии или образцы изделий, цветные сп.павы оказывают-
ся наилучшим КОНСТРУКЦИОIIНЫМ материалом. Однако при высоких
давлениях литья этими прессформами пользоваться нельзя.Так,
например, беРИlJllлиевая бронза может заl{аливаться до твер..
дости, примерно равной 45 Rc, которая достаточна для большин..
ства случаев формования. Однако жесткость бериллиевой брон-
зы составляет только две трети от жесткости стали, и деформация
прессформы из бер,иллиевой бронзы при одинаковом давлении
питья в полтора раза преВЫlllает деформацию стальной пресс-
(рормы.
Алюминиевые и маrниевые СПJ!авы леrl{О поддаются меХ(lниче-
ской обработке. Поэтому .Они часто применяются для изrотовле..
ния пробных форм, механическая обработка которых требует
значительно меньше времени по сравнению со стальными. Эти
1\,Iеталлы HaMHoro мяrче бериллиевой бронзы и в ряде случаев их
u
жесткость оказываетс,я недостаточнои для использования в ка...
честве материала литьевых прессформ. Эти сплавы совершенно
u
невОЗМОЖНО упрочнить до таI{ИХ значении твердости, при кото-
рых изrотовленные из них прес,сфорМЫ можно бы.ПО бы применять
ДJIЯ формования больших партий изделий.
Леrкоплавкие металлы, такие, I{aK сплав В уда. «КИРI{сайт»
И свинец, применялись для изrотовления литьевых прес.сформ
только в очень редких случаях, 'raK как прочность их недостаточна
для Toro, чтобы противос'rоять давлению ,тIИТЬЯ 11 выдерживать
длительную эксп.пуатаЦИIО.
26 Переработка термоллаС:ТИЧИ})IХ матс.риа.ТIОВ
102
I"Л. V. ЛvlТЬЕ под ДД.В Т1ЕНИЕМ
Влияние давления, температуры и времени
на процесс ЛИТЬЯ под давлением
Уравнение состояния
Параметрами, определяющими ]{ачество rOToBoro изделия
являются давление, средняя температура и плотность находящеrо
ся в форме материала (перед самым раскрытием формы).. В боль
Шl1нстве случаев интересно знать, KaI{ эти параметрыI будут' заВtI
сеть от вреl\lени: ПОС"ТIе окончания ПрОlIесса заполнения прессфор
мыI. Если известн.Ы rеометрические размеры прессформы, темпера-
тура расплава на входе в.
форму и температура' формы,
u
то из уравнении теплопере-
дачи можно рассчитать. за
u
висимость среднеи темпера..
туры отливки от BpeMeH1{l.
При этом неизбежно при
ходится прибеrать к ряд .' '
упрощений, хотя в большин...
стве случаев удается полу
ЧIIТЬ достаточно точное ре.
шение. Зависимость плотно...
сти и давления от времени
приходится определять из
опыта. Однако нет необхо
димости экспериментально
опредеЛЯТh зависимость обоих
этих параметров, так !\:ак
они связаны друr с друrом уравнением состояния, справедли
вым, как показал опыт, для большинства аморфных ПОЛИl\.1еров 16 :
(Р + 7:) (V (о):=: RT
t:1
[
Qj
/
//
;'
/
;' ",
,;1 ",'"
/ /'
/ "
/ /"
//
/"
'O
,Р
t)
O o t\oG
1l
о
Д а ВленlJ. е
Рис. 5,47. Диаl"'рамма зависимости
темпе.ратуры от давления.
т"де Р
V
l'
т: .. ll} I R
давление;
удельный объем;
средняя абсолютная температура;
константы, известные для большинства обычных ПОIiТfИ
меров.
Из уравнения состояния следует, что при ПОСТОЯIIНОЙ плот..
ности давление является линейной функцией температуры.
Прямые линии, изображенныIe на рис. 5,47, проходят через
общую точку с координатами Р 7t; Т o ОК. Уrлы наКЛОIlа
этих линий зависят от плотности. rрафики Ta!\:oro типа помоrают
анализировать данные, ПО&ТIученные при исследовании процессов,
ПрОИСХО,. ящих в v1итьевой форме 18 .
ВJJvIЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ [1АРАМЕТРОВ H д. ПРОЦЕСС lИТЬЯ 403
.
Диаrрамма давление температура
Метод определения и реrистрации давлений в полости пресс..
формы и в литьевой форсунке описан Колем!l.
Можно представить ТI1ПИЧНУЮ диаrрамму литьевоrо ЦИI{ла в
виде rрафика температура давление, определив значения тем..
u u
пературы в каждыи момент времени из условии теплопередачи.
Полученную таким образом I{РИВУЮ разбивают на отдельные
участки, I{аждый из которых характеризует определенную ста-
дию ЦИI{ла (рис. 5,48):
1) холостой ход;
2) заП() ТIнение формы;
3) подпрессов а;
4) обратное вытеI<ание;
5) затвердевание материала во
впусковом I{анале;
6) ОХ,lIаждение затвердевшеrо
материала.
Пользуясь этой диаrраммой,
можно выбрать давление и тем-
пературу, при которых слеДуrет
раскрывать преССфОрl\iJ' . Прежде
Bcero необходимо, чтобы изделие
было достаточн() жестким и со..
храняло свою форму. Это озна-
чает, что температура материала Р
ие.
изделия к моменту раСI{рЫТИЯ фор де
ы ДОurrжна понизиться до HeKOTO
poro опреде ТIенноrо значения Ts.
Величина ..остаточноrо давления Р, в прессформе к моменту
открытия, во избежани поломки или повреждения поверхности
отливки, не должна превышать HeKoToporo определенноrо значе..
ния. В то же время в прессформах с сердечником можно опреде..
лить величину минимальноrо разрежения, при котором изделие
не будет прилипать к сердечнику. Далее на большинстве отливок,
. U
за ИСКJlючением очень тонкостенных Изделии, пои СЛИШI{ОМ боль..
...
шом уменьшении давления ПОЯВ.ТIЯЮТСЯ пузыри И недопрессовки.
Эти два крайних значения давления и величина максимально
допустимой температуры определяют область диаrраммы, которой
ДО.7Iжен с,оответствовать момент раскрытия прессфорrvIЫ.' При
охлаждении температура и давление в форме приближаются к
этой области по линиям постоянной плотности (рис. 5,49).
На этом же РИСУНI{е ПОI{азаны пределы возможных измене..
u
ни!..f плотности, при которых I{ачество изделия остается удовлет..
ворительным.
26*
= (2)
t:::J
(о) //
/ //
II ) ""'
............ ...... .... /
(8 ) ",/' (5)
//
"
/'"
/;,
//
//
//
.;;,
-
;
,
о
ДаВлеНlIе
"
5,48. Литьевой цикл в ви
диаrр аммы зависимости
т Р.
404
r л. V. ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕIIИЕМ
.......
Вес находящеrося в прессформе материаJlа, а следоватеЛЫIО,
u u
II 1ИНИЯ ПОСТОЯННОИ П,ТIОТНОСТИ, апределяются ве.ТJИЧИНОИ давле
ния и температуры, при которых расплав затвердевает во впуска...
вом канале. Изображенные на рис. 5,50 кривыle охлаЖде.ния по...
каЗJ=эIвают, что момент затвердевания расплава соответствует точ"
u u
ке, в которои кривая охлаждения отклоняется от ПрЯМОИ линии..
Можно заметить, что все точки, соответствующие моменту затвер"
девания при различных давлениях, располаrаются почти вдоль
прямой линии. Это означает, что температура затвердевания Ma
териала во впусковом канале обратно пропорциональна величине
давления в прессформе. 11стинное значение температуры затвер
девания определяется rлавным образом температурой стенок
прессформы, температурой затвердевания полимера и размераI\'fИ
впусковоrо канала.
180
"
о
Да/}леl1lJе
100 ЗОD 500 700
- ДаОленu.е J k 112
Рис. 5,50. Диаrрамма Т Р, на KOTO
u
рои представлены кривые затвердева-
ния l\1атериала во впусковом канале.
.
80
50
О
/,//
Qj
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
160
00
-- 140
R lZ0
с::
:t 100
Pr
Рис. 5,49.. Диаrрамма зависи
мости т р ДJIЯ определеиия
условиЙ раскрытия прессформы..
Оптимальный момент открытия прессформы определяется дав-
лением и средней температурой материала в форме при затверде--
.вании материала во впуСковом канале.
'На линию затвердевания можно выйти различными путям'и,
выбор которых зависит от сочетания положений opraHoB управ..
ления, находящихся в распоряжении оператора. Момент затвер-
девания материала во впусковом канале зависит от трех факто-
ров: 1) температуры расплава на входе в прессформу; 2) макси...
мальноrо давления в прессформе; 3) времени уплотнения.
На рис. 5,51 представлены некоторые способы выхода на кри"
вую затвердевания. Кривая 1 описывает процесс литья при пони
женном давлении в форме. При этом плунжер находится в перед-
нем положении до начала затвердевания. С момента выхода на
ВЛИЯ'НИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС литья 405
1.
кривую затвердевания давление и температура маТериала, Haxo
Дящеrося в прессформе, изменяются соответСТВИИ с кривой oX ТJ.a..
ждения независимо от положения плунжера. Обычный реЖИl\1
JIИТЬЯ представлен кри"
БОЙ 2. В ЭТОМ случае ПЛУН O-J
жер под,церживает давле
ние в прессформе, пода..
вая в нее дополнительное
количество материала.
После понижения темпе..
ратуры полимера в форме
до определенноrо значе..
u
ния литьевои плунжер на..
чинает отходить обратно.
При этом некоторое KO
личество пластмассы BЫ
текает и давление в пресс..
форме понижа.ется до тех
u
пор, пока заrустевшии
расплав не перестанет вы...
текать из формы. Любое
увеличение времени уплотнения приводит к уве.Jlичению веса
находящеrося в пресс.форме материала.
Влияние BeCOBoro дози
рования. Одним из MeTO .
дов, позволяющих полу
чать нужные значения тем..
пературы и давления в.
прессформе, является Be .
совое дозирование. При
правильном реrулирова .
нии в прессформу посту
пает cTporo определенное
количество материала..
Блаrодаря этому давле...
ние в прессформе в мо".
мент затвердевания мате..
риала во впусковом ка..
нале обеспечивает формование качественноrо изделия.
В том случае, если время пребывания плунжера в переднем
пОJl0жении достаточно для Toro, чтобы материал во впусковом
канале успел затвердеть и предотвратить вытекание материала
из прессформы, вес всех изделий будет совершенно одинаков. При
этом кривая зависимости температуры от давления в процессе
охлая{дения будет приближаться к кривой охлаждения, описыае'"
Лlllt.LJЛ
Joт6epde8oHlIJ1
l IJ..Etf!(!т.!/g пf!f!f:Q tlIL HbI
r
200 Ц)О БОО 800 /000 12(}(} 1400
Да8ленuе 8 nресСфорне, krjcH2
.
250
...
z
с::
t::j
150
50
...... ......................
QJ
о
[ 250
zoo
2
t1 /50
/00
50
с::
о
1
I
ЛllНVR
зотВероеВОНUR
gпDftJl..a тJ/{}aJJfJI&Q
Pr
200 L,.OD БОО 800 /000 /СОО 1400
Да8леffuе 6 прессфорне kf/cl1 2
l J ис. 5,51. Диаrра1\f 1а Т P, Ila которой.
представлены кривые затвердевания и 1I1ИТЬ-
еные l{иклы с различным времене1\;! пре....
,...,
оывания литьевоrо плунжера в передне 1
ПО !IожеННII.
Рис. 5,52. Диаrрамма T . Р при весо1ЗОМ
дозировании.
.j.06
r JJ_ \'. ЛИТЬЕ Jl0.L ДАВJIЕНИЕМ
r J' bd>.........
.
u u
мои уравнением состояния для даннои порции материала
(рис. 5,52)
Если время пребывания плунжера достаточно для Toro, что-
бы линия охлаждения пересеклась с линией затвердевания ма..
териаnа во впусковом канале, rOToBble изделия получаются BЫ
cOKoro качества. Если же время пребывания плунжера слишком
мало, как это изображено пунктирной прямой, то после отвода
плунжера наблюдается вытекание из формы HeKoToporo количе..
,ства материала.. Вес отливок при этом несколько меньше расчет
'Horo. Возникающие при таком режиме работы затруднения не
исчерпываются уменьшением веса отливок.
Поскольку ОТЛI{тые из-
дел ия имеют СtifJИШКОМ l\fa..
u
лыи вес, а дозатор подает
u
в машину каждыи раз одно
и то же количество поли
мера, через некоторое Bpe
мя оно может оказаться
слишком большим и пре--
высить величину порции,
необходимую для впрыска.
Роль обратных клапанов.
Применение форсунок с
шариковыми клапанами
или форсунок и литнико
вых втулок С друrими за
u
пирающими устроиствами
позволяет механически за..
купорить прессформу при любых значениях давления и тем-
пературы в форме. Поскольку в процессе литья под давлением
температура и скорость охлаждения MorYT изменяться, момент
затвердевания материала во впусковом канале может не совпа-
дать в разных циклах литья. Форсунки с обратными клапанами
запирают прессформу в момент отхода литьевоrо плунжера назад
и прекращения подачи материала в форму. Блаrодаря этому ка-
чество отливок не зависит от ПРОДО ТIжительности периода затвер-
девания материала во впусковом канале. Прессформа может быть
заперта при более высоких давлении и температуре расплава, что
дает возможность увеличить !\/1 аксимальное давление впрыска
и сократить время заполнения формы.
Применение форсунок с обратным клапаном позволяет выби
рать момент запирания, соответствующий любой точке прямой,
u U
описываемои уравнением состояния для такои плотности, которая
обеспечивает получение ВЫСОI{окачественноrо издеLТIИЯ. На рис. 5,53
изобрая<ена диаrрамма Т Р для цикла литья, в котором за-
250
,
,
...
fb 200
t:
cl ! 50
с::
t:3
100
S
с:::
t:
о
&на РШ(1J1рg l]flegG
р. '
r
ёОО 400 600 800 1000 /сОО /400
ДаВленце 8 nрессфорнс_ Hrjc H 2
Рис. 5,53. Диаrрамма Т . Р ПОI!Т"fученная
при использовании форсунки с обратны\ff
клапаном.
ВЛИЯI-llrIЕ Рi\'3ЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ нл. ПРОЦЕСС литья 407'
а
полнение формы производилось при дав..lIении и температуре,
u (.'1
определявшихся давлением впрыска и температурои литьевои
камеры. Во время прямоrо хода плунжера в прессформе про-
исходит обычный fIроцесс уплотнения материала. Но как только
плунжер начинает обратное движение, lпариковый клапан пере
....
крывает центральны.и литник при давлении и температуре, нам но..
ro превышающих значения, соответствующие линии затвердева
ния материала во _ впусковом канале. Процесс охлаждения идет
в этом случае по линии, обеспечивающей получение качественных.
'-s
изделии.
Формуемость
Определение понятия формуемость. Слово «формуемость» ис
пользуется часто в очень широком смысле С точки зрения TeXHO
лоrа, занимающеrося литьем под давлением) можно предложить
простое и ясное определение этоrо понятия: формуемость это
u
мера скорости и простоты, С которои можно изrотовить из данно.
ro полимера изделие, удовлетворяющее определенным требова..
ниям.
Выражение «определенным требованиям» касается условий
приемки. Эти условия зависят как от вида материала, так и от
назначения издеJ1ИЯ и подлежат специальному уточнению при
каждом определении формуем ости.
Теория формуемости. Основная цель, к которой стреМl1ТСЯ
u
каждыи технолоr, это выпуск качественных изделии с макси
мально возможной производительностью. Поэтому необходимо
уделять особое внимание ПрОДОи1жительности одноrо Iпитьевоrо
ЦИl{ла.. При определении оптимальных условий формования в пер
вую очередь следует установить комплекс требований, которым
должно УДОВJ1етвор ять rOToBoe изделие.
В основном эти требования сводятся к одному: в изделиях не
должно быть НИI{аких дефектов или по крайней мере их число и
размеры не должны превышать определенноrо минимума.
Для различных изделий приходится создавать и различные
I{ритерии формуемости.. Однако мноrие требования носят общий,
):арактер. НИЖ.е приведен типичный комплекс требований, кота...
рые входят в критерий, определяющий формуемость изделия:
1) жесткость;
2) леrкость выrрузки;
3) минимальное количество дефектов;
4) соотвеТС1'вие между формой rнезда и формой изделия:
5) минимальная величина замороженных ориентационных дe ,
формаций, не выходящая за преде.пы rцопуска на rеометрические
размеры изделия.
408
. r.п:. У. JIl'ITbE под JtABJIEJil1EM
.
................ ...............
Требование (1) означает, что средняя температура изде !]ия в
.i\'IOMeHT открытия прессформы не должна превышать темпераТ)IР')7
размяrчения Tsa
При литье массивных изделий с большим поперечным сечением
это требование выполн'яется далеко не всеrда. Вместо этоrо rOTo
вое изделие немедленно по удалении из прессформы поrружают в
ОХ fJаждающую ванну. Этот метод следует все же пр и менять ..ТIишь
u
В самых краиних случаях, так как при таком. охлаждении на по
верхности изделий часто образуются вмятины или пузыри. Tpe
бование (2) означает, что величина остаточноrо давления в момент
открытия прессформы не должна превышать давление р,., при
}\отором изделие можно свободно удалить из формы.
Так как нецелесообразно охлаждать изделие ниже температу..
.ры Ts, то для правильноrо выбора режима литья достаточно
250
..
200
/50
c:
100
..
-
50
........ ........
I!.
"0
/'
.
--'s'
liL.
200 ЮО 600 800 1000 'ВОО 1+00
"о6.ленuе 6 nреССфорне, Hr/CHa
Линvя
зот6ерiJеВонU.
Температура
nрессфОрМЬ/ .
.-.. .-- .-- .--
Рис. 5 54. Диаrрамма, опреде.;lяющая
предельные условия литья.
рассмотреть участок диаrраммы Т p, заКJlюченный rvrежду ТIи...
ниями постоянной П' ТIотности, достиrающими температуры Ts при
давлениях Р, и +Р, (рис. 5,54).
Требование (3) относится к продолжительности процесса запо Т1
'нения прессформы и определяет максимально допустимую вели
u
.чину времени заполнения, при которои качество поверхности ro..
товых изделий еще удовлетворяет эксплуатационным требованиям.
Существует также минимальное время заполнения, дальнейшее
. u
уменьшение KOToporo невозможНО для машины даннои KOHCTPYK
ции. Максимальное давление и температура формы, соответст"
вующие минимальному и максимальному времени заполнения,
.описываются на рис. 5,54 кривыми tB и {т (fB максимальное
.время, t т минимальное время заполнения).
При выборе рабочих параметров, соответствующих минималь
u
lIОИ продолжительности литьевоrо цикла, минимальное время
.
ВЛl'Iя}-rl-IЕ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС литья
l' r
409
u
охлаждения определяется по кривом охлаждения, которая про
ходит через точку с температурой Ts. Определяя давление и тем-
пературу впрыска по кривой 1т, получим минимальное время за
полнения. Остается, правда, некоторая свобода выбора парамет-
.
ров литья мак имальноrо давления и температуры расплава
в поЛости формы, а также времени подпрессовки. Существуют
и дополнительные оrраничения, связанные с термическим разло..
'u
жением полимера при ero переrреве, ве.ПИЧИНОИ максимально
u
возможноrо для данном машины давления литья и минимально
возможной температурой прессформы.
Изображенные на rрафике температура и дав пение относятся
только к одной определенной точке прессформы. Поскольку тем..
.
пература и давление материала, находящеrося в форме, в различ
ных местах неодинаковы, их значения в любой точке прессформы
должны УКtJТ"fадываться в определенные выше пределы. Может
оказаться, что в прессформе с очень сложной конфиrурацией по
лости матрицы давление и температура в некоторых точках изде
лия не будут укладываться в эти пределы. Тоrда в этих точках
возможны недопрессовки, царапины или друrие поверхностные
дефекты.
Если продлить линии постоянной плотности за пределы ли
нии затвердевания материала во впусковом канале, то можно за..
метить, что иноrда плотность находящеrося в прессформе поли
мера больше, чем это необходимо. В этих случаях излишний
матер иал вытекает из прессформы обратно. Этот обратный поток.
вызывает возникновение в изделии дополнительных заморожен..
ных ориентационных деформаций. Чтобы уменьшить величин),т
замороженных ор иентационных деформаций в. соответствии с тре--
бованием (5), можно воспользоваться весовым дозированием,
форсункой с обратным клапаном и повышенной точностью pery-
лировки хода литьевоrо плунжера. Все вышеперечисленные ус о...
вершенствования преследуют одну и ту же цель закупорить
прессформу и начать процесс охлаждения материала еще до за
твердев ан и я материала во впусковом канале
Анализ параметров, определяющих цикл формования. Посколь-
ку время вляется одним из наиболее существенных факторов
процесса литья, ниже рассматривается время, необходимое для
одноrо полноrо литьевоrо цикла.
В производственных условиях литьевой цикл обычно делят на:
следующие этапы: литьевой ход плунжера, выдержка прессформы
в закрытом состоянии, раскрытие прессформы. Такое подразде...
ление довольно удобно для настройки аппаратурьr управления
но затрудняет анализ рабочеrо процесса машины. Поэтому литье
u
вои цнкл следует разделить на этапы, связанные с отдельными
(разами процесса литья: холостой ход, заполнение формыI, под
410
rл. v. ЛИТЬЕ под ДАВЛЕНИЕМ
.
..........................,.... ....................
прессовка, обратное вытекание, затвердевание материала во
впусковом касIале, охлажден ие затвердевшеrо матер иала
Для получения качественноrо изделия недостаточно обеспе..
чить правильное чередование отдельных этапов литьевоrо цикл.а.
Iеобходимо также обеспечить правильную закономерность из--
Iенения температуры и давления. .
Во время заполнения полимер должен обладать определенной
.текучестью, и давление литья должно быть достаточным для Toro,
чтобы распл в быстро заполнил всю полость прессформы.
В течение периодов подпрессовки и обратноrо вытекания необ--
ходимо так реrулировать давление и температуру находящеrося
в прессформе полимера, чтобы к моменту затвердевания материала
во впусковом it канале кол ичество матер иала в форме было вполне
достаточно. для получения качественноrо изделия.. Во время
последующеrо охлаждения прессформы происходит дальнейшее
о
уменьшение температуры и давления до значении, при которых
можно раскрыть прессформу и извлечь rOToBoe изделие, не опа...
саясь повредить er.o. Таким образом, при любом анализе литьево
ro цикла нужно рассмотреть три параметра: давление, температу'"
ру и время.
Литьевой цикл и три основных параметра (давление, темпера--
тура и время) определяются тремя различными rруппами факторов:
1) характеристиками машины; 2) характеристиками прессформы;
3) характеристиками полимера.
Каждая величина, входящая в любую из этих трех rрупп, мо'"
.жет изменяться в дов.ольно широких пределах. При выборе оп-
тимальных условий формования нужно последовательно paCCMOT
реть и оценить значение каждой из трех rрупп факторов:
Давление
Давление плунжера
Вес впрыскиваемой
порции
Температура
Температура наrревателей
Температура форсунки
TtMnep'aTypa подсушки
rранул
Время
Время пребывания плуиже..
u
ра в краинем переднем
положении
Время охлаждения
Вре1\1Я пребывания пресс.фор--
мы в открытом состоя--
НИИ
Скорость плунжера
Эти параметры довольно просто реrулировать. Однако они
не всеrда оказывают непосредственное влияние на качество rOTo"
Boro изделия. Все эти величины связаны между собой. Так, на..
u
пример, температура наrревателеи определяет величину потерь
давления в наrревательном цилиндре. Температура расплава за-
u
висит как от времени цикла, так и от температуры наrревателеи.
Если, варьируя параметры технолоrическоrо цикла, не удается
получить качественных изделий, необходимо тщательно проана-
ВЛИЯI -IИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПЛРА1\\ЕТРОВ НА ПРОЦЕСС литья 411
.....1 1:.1,
лизировать КОНСТРУКЦИЮ прессформы. При этом можно изменять
следующие rруппы факторов:
Ф а к т о р Ы, у П Р а в л я ю..
Щиедавлением
Конструкция центрально-
ro литника и разводя...
щих литниковых ка на...
лов
Размеры и расположение
ВПУСКQВЫХ каналов
Проходные сечения
)1лина пути, Проходимоrо
материаЛОtvl
Ф а к т о р Ь], у П Р а в л я ю
...
щие теtfпературои
Температура прессформы
Ф а к т о р Ы, у П Р а в л я ю
щие временем
Время заполнения (см.
факторы, управляющие
давлением)
Время ОХL7Jаждения (см.
факторы, управляющие
температурой)
Кривые охлаждения
Однородность тамператур..
Horo поля
Длина пути, проход.имоrо
1\1 а териал ом
Большинство осложнений, возникающих при литье под дав-
лением, можно устранить, меняя параметры литьевоrо цикла,
а также конструкцию прессформы.
Остается, однако, целый ряд задач, которые не удается разре
шить, пользуясь этими двумя методами. Обычно это связано со
свойствами перерабатываемых полимеров. К числу характеристик
полимера, существенно влияющих на качество rOToBoro изделия,
относятся:
РеОJ10rические
характеристики
Вязкость
Зависимость вязк ости ОТ
скорости сдвиrа
Тепловые
характеристики
Удельная теплоемкость
Теплота плавления
Теплопроводность
Время кристаллизации
rранулометрическ.ие
характеристики
Размер и форма rранул
Смазка rранул
в табл 10 приведен образец, показывающий, как нужно подхо--
дить К решению различных задач, встречающихся при литье под
давлением.
Основное уравнение процесса литья под давлением. Кол ичест..
венное описание процесса литья позволяет оценить влияние'
свойств полимера (например, коэффициента внешнеrо трения, вяз--
кости расплава), определяющих время заполнения прессформы,.
а также друrих свойств (температуропроводности, температуры.
размяrчения), которые влияют на время охлаждения.
Минимальная суммарная величина времени заполнения и
охлаждения определяет максимальное значение производитель--
ности.
Чтобы подойти к оценке влияния свойств полимера на формуе--
мость, необходимо попытаться вывести уравнение, характеризую..
щее зависимость между свойствами полимера и циклом формо
вания. Вследствие большоrо разнообразия изделий, которые из--.
rотавливаются методом литья под давлением) трудно предложить
универсальное уравнение, описывающее все мноrообразие
412
...,.",.
:!"'
:::!
\с
,.
QJ
:s:
:с:
cu
t:
А
1--
:s:
:s:
а..
t:
><
:s:
Ш
:iIC
s:
:с
8
=
..
:r
:s:
:с
cu
а
t
о
f--o
.е.
ф
:а
:з:
==
Е---
:t:
;:>-.
r--....
f--o
u
:з:
о
о)
':5:
::s:
с;
о)
:r
==
а
t:::;
о
::
о)
:r:
CJ
:r
::
:r:
t'tI
о...
О
Е---
U
О
U
.:)
а
cv
..a tO
t:::;
t:::;
::-;:::1'
са
(j
....
...
:r
ct!
('t)
tO
о...
о)
:s
t:::;
а
ro
р..
о
-&
u
u
а;
о..
t::
:t:
==
:3
:;
D:
QJ
..а
f-.
=
t:;
1
.
u
t'\3
t::
>.
Е--
u
О
:I:
О
:Е
м
О
са
c:d
(:Q
GO
t::
()
c\j
['.TI. \'. .}lI/ITbE 110,Д ,L1 -\ВJl ЕНИЕМ
10000 I
..Q c:d
:r:
а
c\j
:Д
(])
c'tj
с\3
:Д
::Е :tE::
=
u ::
I I
g.,
...о О
t::
:I: О
О
..Q :::t::
д t)
:!l
и а; О
О ;g :r:
:::t:: c\j О
м ь-
car::
I
U
()
а;
;::s:
:::f
>.10000
..Q
:t:
u :S;:
5 ,а
с\3
с\3 ..а
а::: Е---
t:: и
u О
c:d :::t::
О
:I: О
t1)
t::
а;
I
Q)
c'tj
......
,....Jioo
QJ
=
:I:
:::r
с\3::>=
:S;:
M
с\3
:r:
I I
С r:\j
:::t::
м t1)
t::
.. .
QJ
а.д
с.)
О
о
:s::
u
CQ
со
('fJ
:::s:: I
::S:: <lJ
а:::
а;
t=1: :S;:
c'tj
:s::
..а :::f
Е--- :::t::
u ;?,
о
::s:::
g :S;:
oa:::
t::
..а
u
О
c\j
с1)
5: ('\j
E:QJ
........ :::s::.:s::
ОС,)
х
......
о
:::t::
u
>-,
:Q :!l
О
:S:: t:;:
к1
:а
:!l
()
I I
'. ::r: t: о
а;
:::s::
а) :s;: .:t:
U
а) ::;;:: :S::
а)
:а c'tj у
:::--'
..
Q..c\3
О
а) U ..,....
о .......
O-t\ОО
t:: O
......... ....
6
а) c:d
tE:: с\3
:::s:: :::s:: :Д
:I::s:: а::: (1) \0
c\3 <:1)0
g
:s;: c:d (1) t:: О
t:: t:; ffi
::;?J :r: (1) t::
:s;: а::: О :S;:
'-- a:::
& q се
I
с\3
.".
.......
t1)
к1 s'
52
E--t ..... с\3
..Q 10000
cl.c ..Q
Q)
:::: О с\3 с'с
:;
r:: о
I
а)
t-
c:d
:r.
c:d
;?, :s;:
Е-- t1)
с\3
(1) .ф
t=
с\3
с1)
О
О
Е--
U
О
а
c:d
:Е О
><
се
tE:: I
:::s::
t1) о
:I: t::=
r=: с\3
О
t:::
м C\J
tE:: c:d
t::
ca
I .
м м
:::
O:s;:
t:: U :Д
О со
cl> :I:
::s: ..Q
а:::
(1) QJ
::S:: :::s::
а; о
(1)
:I:
QJ
а
::s:::
I
:::t::
QJ
(1)
Q)
::s::
(1)
:с
. .
t'\3
O
t;f.c
I
U
Q)
t::
О
t::
cl>
::s::
:I: :::t::
со
со8
с\3
t:{
.
QJ
О О
:I:
:r t>
0QJ
::r
t>
о О
:::t::
cl)
1
:S::
<l)
:S::
а:::
О
t::
I
()
u
а;
t:=
"10.
::s::
>-.::а
@
E--t o
U О с\3
6 -& 5 c'tj
:s;: :s;:
;::s::
U :I:
О QJ
;
О
E--
t::
QJ:s:
t::
,t:
t
I
Q) QJ
:::r
O-tc\3
Q) с\3
:Е ><: ()
о ::;:: О
h.: t1) :::t:: CV
>':::s:: ::;:: :r:
:I:: :::t:: ('()
u u О
r::u
t1)
r1:..,....
c'tj
Cl)
О
u
О U
Q)
u
с:
:r
I '"'="'
,. с) О .
..;>-. ;:r:
К:; :: d
t:: t::
:::t::
К1 :S;:
QJ:I:
а; t1)
,.Q I
Е--- со)
u :I:
О o
a.д:::t:: t::
а::: c:d
QJ О
U
U
;E
t::
О
O
t=
t::
..а
Е--
u
О
:I::
t;
С::.
I
О
a;
со :::s::
(1)
:::t::
u с\3
:Д ::;?J
t:: О
ф
........"
,
о
CJ
к1 ::
00 v
:д :5
\O
ф о
O
:Д
с.) ......
u .....
....... t1) (.) =
::; :I:
t::
се
.
I
..,.... к1
:1: 6 .
с\3 Е--
еэ t)
:ao
\C t)
O-t
t::0
d
u
D:: с.) :s;:
:E :r:
t:::::t::
се
.......
.....
I I
с\3 ;?, ><
t::cO
(1) c\j
=O:I::
:I:
с\3 :::t::
:Q
Cl.t:S;:
(1) 0
(1)
Е-- и
с\3
cv)
tt: I
t1)
:I: а:::
tJ.) со
t::! с\3
c\j QJ
а::: О
><: :I:
О
О
Е-- (1)
C\J
QJ =
U
сеО
I ,
с\3 ><:
:::t::
QJ
С
t::
О ::s:::
cof.c
Е--4и
О
=
I
:s;: О
с\3 :I:
О
t::
0)::S:::c:d
:s: :::s::
:I: а::: (1)
м с\3 О
::s:::
О
t::
О
:r:
:rQ)
00
Е--
с\3 а
t; (J
О ::Q
CQ
(1)
:I:
с\3
о..
с\3
>,
а.д
tE::
с\3 t)
:I: О
..Q
а::: t11
а;
.a:1
I
О
t::
.........
III
I
U
а;
:r
:s;: со
r:\j
Е-- Е---
QJ U
О
О ()
а::: r:\j
>. j ;с.
:r: ct}
c\j :::t:: с\3
о...
u
I
........
........
..
.
c:d
;?,
с\3 :::
:::t::
<lJ :I:
t::
U
(1)
<:1)
:Q
(.)
::s
U
\00
QJ
U
.
Q)
::s::
:Д :Д 5
:I: :I::
:S:: ::s::: \о
g Е-- О
(1)
cl. :Е "
со
1
. I
О со
Е--4 О
(.)
OQJ(1)
t:: ::;?J
Ом
d)QJC\3
::S:::H
:I: х
52t;:::t::
а:::
\O :r
О
U
..
ВЛИЯНl'IЕ РАЗЛИЧНblХ п ;р д.j\\ЕТРОВ НА ПРОЦЕСС литья 413
.
"
возможных условий формования. На практике для получения
более или менее приемлемоrо уравнения приходится IIрибеrать
I{ ряду упрощений и допущений.
11з уравнения состояния, которое связывает давление, тем..
пера тур у и плотность, следует, что, реrулируя вес впрыскивае..
l\10rO в прессформу матер иа.Тlа, можно обеспечить необходимую
величину давления в форме. При использовании точноrо BecoBoro
дозатора величины подпрессовки и обратноrо вытекания оказы-
ваются каждый раз .одинаковыми и их можно не учитывать. Сле
дов.ательно, уравнение должно описывать только процесс запол-
нения прессформы и ох Т}аждения изделия.
При таком упрощении литьевой цикл является ФУНI(цией толь-
ко двух переменных: температуры и времени (третья переменная
давление была заменена плотностью, которая реrулируется рабо
u
тои BecoBoro дозатора и, следовательно, уже не является незави
симой величиной). Следующий шаr состоит в определении зави"
симости между температурой и временем. Это можно сделать,
определив время, необходимое для заполнения прессформы, и
время, необходимое для охлаждения полимера, как функцию
'температуры. Начальные условия, которым должно удовлетво
рять данное уравнение, это температура и давление расплава
на входе в прессформу.
Суммарное время цикла складывается из времени ХОЛОСТОfО
.хода, bpemeI-JИ заполнения и времени охлаждения:
tC\ M. d + f + с
,
(21 )
у равнение, по которому можно определить время заполнения.
имеет вид:
t 710PBa
(22)
.rде f время заполнения;
'-' \..
1 вязкость при нулевои скорости сдвиrа;
PB . давление в форсунке;
, а KOHCTaHTЫ.
Температурные поправки на величину вязкости можно pac
считать из уравнения: J"
110 1IУ! k (Т Т*)] (23)
rде 110 вязкость расплава при температуре Т;
O вязкость расплава при температуре Т* 225 ОС;
k постоянная.
Подставляя уравнение (23) в уравнение (22), получаем:
f PB "'i') ехр [ k (Т Т*) 1 .
414
r л. V. ЛИТЬЕ под ДАВЛЕI---IИЕ./\Л
................................................. .
Если подставить в уравнение (22) давление, создаваемое-
1.1 итьеВЫlVr плунжером, то получим:
t 1Jo (1 T) Р т а (25)
Учитывая поправку на давление
f (1 T) a p;;;a o ехр [
и температуру,
k(T Т*)]
получим:
(26:)
можно описать в первом приближении следующим
lп У 27 .52сх.Ч + In 0,81
а
rде (L коэффициент температуропроводности;
t переменное время;
а толщина стенки изделия.
Т'
y T
Процесс охлаждения пластины из термопластичноrо полимера
уравнением* :
(27)
Т т
Т т
rде Tt температура полимера в любой момент времени t;
т т температура прессформы;
т начальная температура расплава полимера на входе в
форму (точно замерить температJ'РУ расплава можно
лишь у литьевой форсунки наrревательноrо цилиндра).
Время охлаждения изделия в прессформе рассчитыlаетсяя из
уравнения
а 2
С . 27,5 2 (1ПУ lnO,81)
(28)
При экспериментальном определении формуемости дальнейа.
шее упрощение можно получить в том случае, если исключить
влияние центральноrо литника и литниковых каналов, приблизив
конец форсунки непосредственно к полости прессформы. При этом
температура форсунки, которую довольно просто замерить, ста.
'"'
новится такои же,- как и температура расплава при входе в пресс
форму. Входящая в уравнение процесса охлаждения температура
Tt это средняя температура ПОЛИ1\лера, замеренная после pac
крытия прессформы.
Прессформа должна раскрываться в тот момент, коrда будут
соблюдены следующие условия:
1) минимальное давление в преССфОР1\ле (лучший вариант
давление в форме равно нулю);
2) средняя температура материала достаточно низка для Toro,
чтобы извлеченное из прессформы изделие не покоробилось.
Первое УСЛОВIIе УДОВ,,1етворяется применениемвесовоrо дозатора.
* По неопуб.!Iикованны \r данныI11 Р. с. Спенсера.
ВЛ1--IяfIИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПАРА 1ЕТ?ОВ НА 1IРОЦЕСС ЛI"IТЬЯ
-115
.
Экспериментально установлено, что для TOrO, чтобы отлитое
изделие не покоробилось, ero необходимо охлаждать в пресс-
форме до температуры, очень близкой к теплостойкости Т HD-
Температура коробления до некоторой степени зависит от вели
чины остаточных деформаций и, следовательно, от началь ой
'температуры расплава и температуры прессформы. В качестве
первоrо приближения можно с достаточной степеныо точности
пользоваться теплостойкостью Т но- Для большей точности опре
u u
деления величины максимально допустимои среднеи темпера
туры изделия, при которой еще не происходит ero коробления,
применяются специальные методы.
Уравнение, описывающее литьевой цикл, имеет следующий вид:
t CYM _ d время движения плунжера+время пребывания
прессформы в закрытом состоянии' время заполнения время
(1 T) p;;;alloexp [
а 2 (
+ 27,5 ;! \ ln 0,81
k(T
lп T но
Т
Т*)] +
Т т
T tп
(29'
. )
охлаждения
в приложении к дан ой rлаве приведен пример расчета литье..
Boro цикла для KOHKpeTHoro изделия, формуемоrо из полистирола.
В настоящее время вряд ли возможно предложить исчерпы
вающее подтверждение справедливости этоrо уравнения. Прак
тически почти невозможно подобрать полимеры, отличающиеся
u
друr от друrа только величинои вязкости расплава или только
теплостойкостью. В целом, однако, если подставить в уравнение
(29) rраничные условия, характеризующие процесс литья на
. u
конкретнои машине, то рассчитанная по нему величина времени
цикла вполне удовлетворительно соrласуется с результатами опы
тов. У раВ'нение (29) не учитывает двух существенных моментов:
охлаждения полимера, происходящеrо при заполнении прессфор
IIJ
1Ы, и ero влияния на время заполнения; возникающеи в процес
,.се заполнения ориентации и ее влияния на время охлаждения.
Это уравнение хорошо определяет суммарную величину чле
нов f и с. Однако, если быть точны , полное уравнение должно
состоять из четырех членов:
.
'СУМ. d f + с + {С+С! (3О)
тде fc и Cf величины, определяющие соответственно степень
охлаждения в процессе заполнения и влияние возни
u
кающеи при заполнении ориентации.
Влияние, оказываемое на продолжительность цикла этими
двумя взаимно связанными членами, изменяется в зависимости
от толщины формуемоrо изделия- Так, при литье тонкостенных И3
. еv1ИЙ величины 'С и Cf HaMHoro больше, чем при литье толстостен
.-
416
rл. v. ЛИТЬЕ под Д ВЛЕНИЕМ
"
... 'w!...
ных изделии. Поэтому при расчете времени цикла для тонкое те н..
ных изделии или при оценке формуемости материала нельзя пре
небреrать этими взаимосвязанными членами, так !<ак возникаю
щая при ЭТО 1 ошибка может быть очень велика.
Методы определения формуемости
При определении формуемости материала следует оценивать
литьевые характеристики полимера при минимальном расходе
материала. Методически эти опыты должны проводиться так,
чтобы условия формования возможно больше приближались к
условиям переработки. Полученные при определении формуе
мости результ.аты дают достаточно полное представление о паве..
дении материала при переработке. Вследствие чрезвычайноrо раз
нообразия видов изделий, конструкций прессформы и типов литье
вых машин для получения исчерпывающей оценки формуеМОСТll
необходимо проводить испытания на каждой прессформе и на
l' U
каждои tJТ]итьевои 1ашине.
В соответствии с определением понятия формуемости в опытах
должны измеряться две rруппы параметров: скорость формова-
ния и факторы, обеспечивающие качественное формование. с ко...
рость формования определяет время цикла. Наилучший метод
определения скорости формования это испытание на минималь
ное время цикла. Определение условий формования это по су....
ществу определение давления и температуры литья, обеспечиваю
щих качественное заполнение прессформы. Определение условий
формования лучше Bcero производить по диаrрамме возможных
режимов формования, которая дает представление о величине
давлений и температур, обусловливающих формование изделия.
Испытания на минимальное время цикла позволяют опреде
лить наименьшую продолжительность цикла литья при формова
нии изделия в данной прессформе. В то же время диаrрамма pe
жимов формования дает ВОЗМОЖНОСТЬ определить величину дaB
ления и температуры, необходимых для формования изделия при
заданной продолжительности цикла. Иноrда полученные резуль
таты противоречат друr друrу. Может оказаться, что материал, KO
торый леrко заполняет прессформу, требует для охла'ждения
больше времени, чем материал более высокой вязкости. Приме
ром может служить формование некоторых марок полиэтилена:
Полиэтилен А
Полиэтилен В
TeI\-lпература цилиндра, ос . . . . .
ДаЕ.rIение литья, неоБХОДИI\Iое для за
полнения прессформы при \IИНИl\fаль
НОМ вре теНИ цикла, кТ I CAt 2 . . .
Минимальное время uнкла J сеК. . .
233
226
1050
28
1003
30
ВЛИ НИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС ЛИТЬЯ 417
1:>. .l........
в данном случае охлаждеНI1е материала, заполняющеrо пресс..
форму при меньшей температуре и давлении, происходит более
медленно и минимальный цикл литья для Hero имеет большую
продолжительность.
Диаrрамма режимов формования. Диаrрамма режимов формо..
вания строится в координатах Т Р. На rрафlIК наносятся точки,
соответствующие значениям давления литья и температуры цио&
u ,
линдра, при которых материал можно отливать в опытнои пресс--
форме. Как уже указывалось, при этом MoryT изменяться только
две величины температура цилиндра и давление' литья. Все
остальныe параметры: продолжительность литьевоrо цикла,
температура преССфОРl\vIЫ
и т. д. остаются неизмен" 280
ными. При любом cpaB
нительном испыIаниии раз--
личных материалов ис..
пользуются одни и те же
литьевая машина и пресс-
форма и одна и та же
методика.. Само испытание
состоит в постепенном уве...
личении давления литья
u
пр и постоянном темпера..
туре до тех пор, пока фор--
ма не заполнится полно
стью. Дальнейшее увели
чение давления, произво"
дится до тех пор, пока при
заполнении прессформа не
начнет раскрываться или пока отлитое изделие не начнет застре..
вать в прессформе. На диаrрамму наносятся две точки. Точка'"
соответствующая давлению заполнения прессформы, и точка, co
отвеТСТВУЮIILая давлению раскрытия прессформы. Затем темпера..
тура цилиндра увеличиваетс ? и вся серия опытов повторяется.
Последовательное повышение температ'уры цилиндра продол--
u
жается до достижения предельно допустимои для испытываемоrо.
матеРI1ала температуры. ,
Типичная диаrрамма, получеI-Iная при этих испытаниях, пред""
ставлена на рис. 5,55. Экспериментально установлено, что при Tervf 4
пературе 190 ос заполнение прессформы происходит при давлении
1082 кТ /см 2 . При давлении 1400 кТ /с;л 2 отЛитый образец застре--
вает в прессформе.. В дальнеtiшеl\1 определяют значения давления,
соответствующие точке заполнения и точке застревания в диапа-
зоне температур 190 260 ОС, причем температуру цилиндра увели--
чивают каждый раз на 14 ос. ПолучеНI1:ые результаты наносят
.
.
. 2BO
240
:::r-
t::I -
220
200
иаеОАЬНQA тOI./Ha
/80
300 ЮО 800 800 1000 '/300 fЮ(}'
До6.ление литlJJ1 H17CH2
Рис. 5,55. Типичная, диаrрамма режимов
формования.
21 Переработка термопластичных материалов
.4.18
v
rл. V. ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
.....-----
"
,
на rрафик. Соединяя между собой все точки, соответствующие ми
нимальному давлению заполнения, получают кривую минималь..
Horo давления литья. Соединяя между собой все точки, соответ"
u
СТВj''''ющие давлению, при котором может ПрОI130ИТИ застревание
изделия, получают кривую максимальноrо давления литья.
Область, заключенная между этими двумя кривыми, это область
формования, так 'как при любом сочетаниИ давления и температу..
ры в пределах этой области будут формоваться качественные изде..
,лия. Диаrрамма режима формования позволяет определить 3Ha
u
,чения минимальных и максимальных температур и давлении литья,
при которых материал можно отформовать в опытной прессформе.'
Диаrраммы режима формования различных матер!Iалов можно
сопоставлять приблизительно, совмещая их друr с друrом, или
U U U
же можно пользоваться количественнои оценкои, пр и которои
учитывается как площадь области литья, так и ее расстояние от
«идеальной точки) (например, для полистирола 177 ос и
560 кТ/см 2).
Минимальный цикл. Второй вид испытаний, который произво"
ДИТСЯ при оценке формуемости, . это опредеJlение минимальноrо
времени цикла, при котором удается отформовать качественное
изделие.. Для этоrо выбираются наиболее вероятные сочетания
температур прессформы и литьевоrо цилиндра и определяется
максимальная скорость, при которой возможно формование изде--
,лия. При этом количество впры киваемоrо материала должно со..
s;тавлять не более 75 % от размера номинальноrо впрыска.
Для выхода на установившийся температурный режим прихо--
ДИТСЯ производить довольно MHoro впрысков. Прежде Bcero мини..
u
.'мальное время цикла определяется при наименьшеи температуре,
.выбранной по диаrрамме режима формования. За nервонача'льное
ремя цикла выБI1рается та продолжительность ЦI1К и lа, при кото-
.рой СТРОllлась диаrраl\tlма режима формования. При этом про--
Должительность впрыска HeCKOJlbKO увеличивается для облеrче--
н ия заполнения прессформы.
Подача материала в литьевой цилиндр производится при по..
МОЩI1 BecoBoro дозатора. Вначале определяется минимальная ве..
личина времени пребывания литьевоrо плунжера в переднем по..
ложении. CYMMaplIoe время цикла при этом сохраняется неиз...
менным, так как всякое умеliьшеIlие времени пребывания плун"
жера компенсируется соответствующим увеличением времени на..
.ХОЖДения прессформы в закрытом состоянии. После определения
минимальноrо време'нИ выстоя плунжера уменьшают вреrvIЯ
пребывания ПIJессформы в закрытом состоянии, уменьшая ОД 11 О..
временно общую продолжительность цикла.
В обоих СJIучаях минимальная продолжительность цикла опре--
деляется как время, при котором уже не удается отформовать
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС литья 419'
. ""'--........
,
качественноrо изделия. Эти опыты повторяются при нескольких-
выбранных значениях температуры прессформы. После YCTaHOB
ления минимальноrо времени цикла при нескольких значениях-
температуры прессформы температуру цилиндра увеличивают'
на 55 ос и проводят следующую серию опытов при новых значе..
ниях температуры формы Выбор сочетания условий (температура
цилиндра и температура прессформы) производится на основе-
u
TaKoro практическоrо правила: при низкои температуре цилиндра..
пользуются прессформой с сравнительно высокой температурой и,
наqборот, при высокой температуре цилиндра применяют холод..
ные прессформы.
Описанная методика испытаний позволяет вполне надежно'
определить максимальную скорость заполнения прессформы и
минимальное время, необходимое для затвердевания находяще..
rося в форме материала. Одновременно производится оценка ка.--
чества полученных изделий по короблению, серебристым полосам,
черным полосам, трещинам, пузырям и т. д.
Выбор прессформы. I1Ри выборе прессформы для оценки фор
муемости материала прежде Bcero следует обратить внимание на
такие специфические особенности, как наличие у формуемоrо.
u u
изделия металлическои арматуры, стенок переменнои толщины,.
выступов и т. д. Обычно такие изделия не формуют в опытн ой
прессформе Особенности заполнения сложных прессформ тре..
буют специальноrо изучения.
Типичную прессформу для определения формуемости поли-
MepHoro материала можно хараl{теризовать двумя способами: отно"
шением веса формуемоrо образца к номинальной величине впры--'
скиваемой порции машины; отношением толщины образца к пло--
щади ero поверхности. Ес.ли же вес опытноrо образца прибли--
- u u
жается к номинальнои величине впрыскиваемои порции или ча
совая производительность машины приближается к номинальной'
производительности наrревательноrо цилиндра, то при определе-'
нии формуемости MorYT возникнуть дополнительные осложнения,-
связанные с колебаниями величины впрыскиваемой порции и не..
достаточностью проrрева матер иаЛ,а. Поэтому (t объем полости',
прессформы, предназначенной для определения формуемости,
должен составлять не более 75 % размера номинальноrо впрыска.
Лучше Bcero определить значения понятий «тонкостенное из:
u
делие» и «толстостенное изделие» велИЧИНОИ отношения Толщины!
изделия 1< площади ero поверхности a/S. По этому. признаку мож....
но разделить все мноrообразие прессформ на три катеrории:
u
пресформы для литья тонкостенных I-IЗДелии, у которых отно"
шение a/S O,0004; прессформы для литья изделий с средней тол-
щиной стенки, a/S O,OOl; прессформы для литья толстостенных.
изделий, a/S O,003.
27*
420
rл. V4 ЛИТЬЕ под ДАВЛЕНИЕМ
" -.
.
.
Пользуясь этой классификацией, можно предсказать, каким
образом при постоянных условиях литья будет меняться каждый
из четырех членов уравнения формуемости с изменением толщины
стенки:
Т:!нк')стенное изделие a/S === 0,004 f с
Велико Мало
{с
Очень
велико
Среднее
Cf
Очень
велико
Среднее
Изделие с средней толщиной Среднее Среднее
стенки a/S == 0 001
Толстостенное изделие a/S == е,О03 Мало Велико
Мало
Мало
Для очень тонкостенных изделий время заполнения и время
охлаждения примерно одинаковы. Охлаждение в OCIIOBHOM успе..
вает произойти во время заполнения прессформы, результатом
этоrо часто оказывается недопрессовка изделий. Величины дав..
ления и температуры литья, необходимые для заПО.п:нения пресс
формы, будут очень сильно зависеть от процесса охлаждения в
прессформе. При литье тонкостенных издеЛИII продолжительность
охлаждения сильно зависит от степени ориентации ВСJlедствие cy
щественноrо понижения теплостойкости. Время заполнения та..
кой прессформы также составляет значительную часть литьево..
ro цикла. В этом случае минимальное время цикла является кри"
терием способности полимера быстро. заполнять прессформу и
u u
мерои возникающеи при этом ориентации материала.
Характеристики процесса заполнения прессформы для изде..
u 'u U
лии С средне и толщинои стенки аналоrичны приведенным выше и
u
До некоторои степени зависят от охлаждения, которое происходит
во время заполнения прессформы. Минимальное время цикла
определяется rлавным образом продолжительностью охлажд ния.
Однако ориентация и процесс заполнения также оказывают
определенное влияние на величин)' минимальноrо времени
цикла.
В случае литья толстостенных изделий диаrрамма режима
формования определяет rлавным образом условия заполнения
прессформы. Охлаждение, которое происходит во время заполне..
ния прессформы, очень незначительно. .Минимальное время цик
ла опре/целяется в OCHOB'tIOM временем охлаждения изделия.
Влияние времени заполнения и степени ориентации очень
невелико.
При определении фОРI\1уеМОСТ1I экспериментально устанавли
u
вают все четыре члена уравнения, ОПИСblвающеrо литьевои цикл.
Значение каждоrо члена уравнения в Конкретных условиях испы..
тания зависит от относительной толщины стенки изделия. Ниже
суммируется все изложенное выше об уравнении процесса литья
ВЛI-1ЯfI]/IЕ Р}\ЗЛИЧНhIХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС ЛИТЬЯ 421
.....
под давлением и приводится оценка значения каждоrо члена
этоrо уравнения при испыlанияхx формуемости:
Изделие со
Тонкостеиное средней ТОJl- Толстостенное
изделие Щиной СТенКИ изделие
Диаrрамма режимов фОрМОВ3НIIЯ
с ущ ествен н о . . . . . . . . .
меиее существеиио . . . . . . .
несущественно . . . . . . . . .
инимальное время цикла. . . . . .
существенно . . . . . . . . . .
менее существенно . . . . . . .
. н ее ущ ест вен но . . . . . . . ....
fc
f
С. Cf
f
с;
С, f
f
С, Cf и 'с
Cj, f
С, 'С
...
С
Cft f
fc
с
...
" 'С' С,
Для всесто'ронней оценки формуемости необходимо распола--
faTb четырьмя rруппами характеристик полимера:
1) характеристики, определяющие продолжительность запол-
нения f, т. е. способность полимера леrко заполнять прессформу
при минимальных значениях давления и температуры расплава;
2) характеристики, определяющие продолжительность охлаж
дения С, т. е. способность полимера затвердевать;
3) характеристики, определяющие степень ориентации C t .
Т. е. способность полимера формоваться с М1\нимальной величи..
о u .
нои остаточных напр яжен ии;
4) характеристики, определяющие степень охлаждения, про..
исходящеrо во время заполнения прессформы {, т. е. способность
полимера охлаждаться до тех _ пор, пока форма окончательно не
заполнится.
Полимер, обладающий хорошей формуемостью при литье изде..
u
.пия однои толщины, может оказаться совершенно неприrодным
u u
ДJIЯ изrотовления изделии друrои толщины.
Материал, предназначенный для формования тонкостенных
изделий, должен обладать следующими характеристиками:
1) высокой текучестью, обеспечивающей малое время запол..
нения t;
2) BbICOKO}l теПЛОСТОЙI(ОСТЬЮ, С' обеспечивающей малое время
.охлаждения с;
3) малой степенью ориентации Cf;
4) малой степенью охлаждения при заполнении 'с.
Можно попытаться выразить эти характеристики через свой..
ства полимера и параметры литья.
Высокая величина t означает: низкую вязкость расплава,
существенную аномалию вязкости, высокую теl\fпературу поли-
мера, l\1алую величину внешнеrо трения в з.оне rранул, высокую
температур у прессформы. . .,1' -
Малая величина 'С соответствует; низкой температуропровод"
ности, низкой теплостойкости, высоi<ои температуре прессформы.
422
[.ТI. \7. Лl'IТЬЕ под ДАВЛЕНИЕМ
.
1\\а tJ lая величина C f означает: малую способность 1< ориентаЦIIИ!
BbICOKYIO температуру прессформы, высокую температуру поли
мер а .
ПО lимер, предназначенный для формования толст'остенных
издеv1ИЙ, должен об ТIадать С"ТIеДУI0ЩИМИ показателяrvlИ:
1) нес)тщественной веЛИЧИНОII f;
2) MatlТIhIM временем затвердевания c
3) не очеI1Ь существенными величинаrvIИ fc и c f , которые ВJ1ИЯЮТ
u
только на своиства поверхности.
С точки зрения свойств полимера и условий переработки это
означает следующее: .
u
величина с характеризует высокую теплостоикость; высок)тю
-температуропроводность; низкую теl\1перат)'р}r
расплава; низкую температуру прессформы.
Требования, предъявляемче к полимеру, меняются в зависи
мости от ТОI;Т}ЩИНЫ стенки в пределах этих двух крайних с Т}учаев.
ПР//IЛОЖЕНfIЕ А
-
в приведенном в данной rлаве уравнении, описывающем литье
вой цикл при формовании изделия из полистирола, входят сле
дующие константы и параметры технолоrическоrо цикла:
8 Т т 65°R Р т 1400 кТ;см 2
110 34 000 пауз Т но 77 ос Т 230 ос
1 1 О ,64 а 1 ,77 мм ct ., 3 ,5
-
, Воспользовавшись этими значениями, можно проследить, как
будет меняться время заполнения и время охлаждения при из
менении какоrо либо одноrо параметра и постоянных значениях
остальных. Время ЦИI{ла, рассчитанное для приведенных YCLТIO
'-'
вии, равно:
время заполнения t
Время охлаlКдения с
f + с tCYM d
..J
3,16 сек
1 3, 11 се1\,
1 б , 27
-
Если прибавить к полученному результату время холостоrо
хода, равное 6 сек, то суммарная продолжительность .литьевоrо
цикла составит 22 сек.
Полученное значение доволыIоo хорошо совпадает с фаI(тиче
СI{ИМ временем ЦИI{ла, равнявшимся 21 сек. Зависимость BpeMe
ну! заполнения, вреМ.ени охлаждения и cYMMapHoro времени
lLикла от ', вязкости расплава o, внешнеrо трения Т, показатеJIЯ
ВЛИЯrII1Е РАЗЛvIЧНhIХ ПАРАЛ1ЕТРОВ НА ПРОЦЕСС ЛИТЬЯ
423
.
16/1
.
/ 5
. t,) /7,0
\) t..) 18$
/S,fJ
t::s 145
/5;0
. I S
,J'
.
.
" c\r:)
'. "
.,.
.'
.
"
,J
/8. О "' I ; , ..; , . . .. " - . . . .
J
\j
t..) I 0.1.
(Q t..) "
. -L /SfJ
/5,0
g / S
S
:
2
. t
, ' 1 1.......
, :
О
........
.,.
,
,
,
.
r
I I
. 8pe H о:r:.л:ожаенuн
, с - /9, 12 сек.
Время о.:сложuенuн
c=/3,/2cel(
(
I
,
I
':).:
ct)
.:).:
с\)
4
"
,
I
!
J
,
2
,
.
о
.1. i
/0 000 J{) ООО
?o. пgозы
.
! . \
..1
5"0000
,. 2 J' + 5 G 7 8 .9 /()
.11'
.....
Рис. 5,56. Зависимость продол
жительности литьевоrо ЦИКJlа от
«rеОL\IеТрНчеСI{оrо» параметра ?
Рис. 5,57. ЗаВИСИjVI0СТЬ ПРОДО"Т1жи-
"
тельности .питьевоrо ЦИК.Тlа от вяз..
...L..
КОСТI1 расплава.
30
' 8
28
<.J 24
i-. 22
20
/8
/8
'-s 1/
I"'f
,.. "
:).:
QJ
t:' .
t::<':
:;
f:
/8
/5,
1';
/2
/0
8
б
4
2
О
,.
32
ЗО
. 28
26
..
2
22
l ВО
; /В
16
/8
18
14
12
c:s . /0
i 8
O:I 6
, .
QJ
2
О
800 /000 /200 fЮО
Р т , H/i'CH2
I
!
1
}
,
J
Врвня
ох.лОЖОВНlJЯ
с !з,!2 cel(
Вреня
о.:с.ло.жоенuя
с:::/9,12 сен.
I
({/ Ц3 qs q7 q8 ).'
Т
Рис. 5,58. ЗаВИСИl\10СТЬ ПРОДо.тr..
)кительности литьевоrо цикла
ОТ внешнеrо трения.
Рис. 5,59. ЗаВИСИ rость продо.п
)кительности литьевоrо цикла от
даuления JIитьепоrо плунжера.
.,. D
,.t; r;. r ._ ...
.1 .1
.
.,,
.
' \.1 .
.
...... .,
.
_- t\'-:. ,' L
;:'\ . " ':',' t
с.... 'i
22
-'> I
-;.. 20 r--
!8
t}
t 18
1*
/2
18
18
/4
/2
'3
:1::
с:) - ;'0
t..J
J,I,. 3,8
of
Рис.. 5,60.. Зависимость продол
жительности литьевоrо UИК.п:а
ОТ ПQказателя степени а.. в сте..
пенном уравнении течения.
.
1
25
1
JO ,
. \
I t::1
I r
25 I '"' 20 1
I
! j
! - I
20 :t I
I
... /S ! I
15 ..... . , , ..,...... J
. .,.."................ r
..... 1:
/0 r 1 !
, t I
:
I
,5 i . /'" 8 !
I
1 j
,
о /1,,7 i
C;
,
JO - ,1,
't"J-- '1 I
! . 1.
,
23 /3
. t t..J
/2
.
'.
,
20
/2 !
.' '
. /0
. 15
:
N 8 I
i'
I
,О ;
::t: 8 i
.
!
If ,
J
Q,j ./
2 I
.. ;
. , !
-о о
"
lJ2S q75 . (25_ . 1,75". 2lf 200 220 24-0 260 l80 JOO
. " ос
а, мм
424
I TI . \7 .1 I/I Т Ь Е ПО JL J Л L3 J1 Е Н J 1 13 i\ '"
'ч ...... """V
.
...............-.......... ..
.
ц)
L'%,- .15
,;:. '-..
-<' - --::
\; зо
25
Q.)
20
I:j /.;
10
S
t..5 . . О
24
22
20
'8
, Iб
" !
CS. _ /2
/0
.'->
' 8
8
JO
""'"
, 1
L
40
I
-..................... ..._- ._. ............- . .........-...... .........
(
I
r
t
1
I
1
I
J
I
f
I
I
,
,
!
8peHR Q.I.Ло.JlcdеНUII
c /3/2ceH.
;t
.
Вреня
зополнениll = J,/б сек
I
I
j
'j
!
I
!
f.
I
r
...
.
8
$
f
Z
О
2.+
Теп.лостои кость 7 oq .
.1 v-..... . I L U
SO 80 70 80
т; ос
'/11. ,.,
.1.0
2
+6
r
/'
Рис.. 5,,61. ЗаВИСИ1\10СТЬ ПРОДОJIЖИТСЛЬ
ности Ilикла оТ температуры пресс
формы.
Рис.. 5,62. ЗаВИСИL\iОСТЬ продол..
житедьности литьевоrо цикла
от ТОЛI.ЦИНЫ сечения изделия (Х.
l)ис.. 5 r6З.. ЗаПИСИl\iОС ть п родолжи
тельности литьевоrо цикла от
температуры распл ава.
[. ,, I I lЯI-II'IЕ РА3Л]/!ЧНЫХ ПАРА.N\ЕТРОВ НА ПРОЦЕСС ЛуIТЬЯ 425
,..............................
........А8д l' r
с'тепсни в степенном законе течения а, температуры прессформы
Тт., температуры расплава Т, толщины стенки изделия а, давле.
ния .ТIИТhЯ Р т И температуры Т НО, при которой l\10ЖНО извлекать
.изделия из прессформы, представлены на рис. 5,56 5,64.
ВеJIичина это «rеометрический» параметр уравнения, оп
,реде.J1Яющеrо время заполнения прессформы (рис. 5,56).. Величина
зависит от размеров 'изделия, толщины ero стенок и температуры
преССфОРМhI Точный в.ид зависимости неизвестен. Известно лишь,
что с увеличением толщины изделия и повышением температуры
прессформы величина уменьшается. Следовательно, расчетные
значения в зависимости от этих двух факторов справедливы
только для процесса охлаж
дения, поскольку зависимость
JB от этих двух факторов не
определяется уравнением литье--
Boro цикла.
Величина o это вязкость
расплава, измеренная при очень
малом rрадиенте скорости и
температуре 225 ОС. Уравнение I
литьевоrо цикла позволяет оп }
ределить влияние вязкости рас-
плава или молекулярноrо веса
на время заполнения. Посколь"
u
КУ С величинои молекулярноrо .
веса связан показатель тепло..
IJ
стоикости, ТО при изменении
o MorYT происходить также и
яезнач й тельные изменения вре..
мени охлаждения (рис. 5,57).
Величина r это мера внеш..
Hero трения при движении rpa..
нул в наrревательном цилинд"
ре. Следовательно, изменение
. значен ия т вызовет изменен ие
величины давления впрыска
(рис. 5,58).
Величина Р т . это давление, действующее на литьевой плун
жер наrревательноrо цилиндра (рис. 5,59).
Величина а это показатель степени в степенном уравнении
течения, характеризующий величину ано.малии вязкости. Пара
метр а аналоrичен 1/n. При а 1 расплав является ньютоновскоii
жидкостью. Чем больше значение а, тем отчетливее выражена
аномалия вязкости (рис. 5,60)..
Величина Т т это температура прессформы (рис. 5,61)..
ЭО
25'
20
. 'С
, ..., 1&/
/0
, :::i
::::r 5
2+
22
, ..
. 20
. 18
,
ttS . /а
. I
12
/0
8
8
+
4
J
-.
, l
.
i
I
r'
........
,
I
J
I
",.
-f'
..
, .
",
.
.
'
, :;
"
-,
. ,
J
10 &0 90 /00 /10 12IJ
(Jf.lJ .r ос
Рис. 5,64. Зависимость продолжи-
телЬности литьевоrо цикла от теп-
u
лостоикости.
426
,
r л. V. ЛI1ТЬЕ Под ДАВЛЕНИЕМ
l'rlJ
Сопоставление расчетной и экспериментальной зависимостей
..
времени охлаждения от толщины стенки изделия показывает, что,
как правило, для толстостенных изделий расчетные значения пре...
вышают экспериментальные. Причина может состоять в том, что
для Toro чтобы изделие приобрело прочность, достаточную для
ero извлечения из rнезда прессформы, необходимо охладить TO 'b
ко внешние слои материала. При этом средняя температура тол..
cTocTeHHoro изде.л:ия может быть выше температуры теплостой..
КОСТI1 (рис. 5,62).
Зависимость расчетных значений времени заполнения и Bpe
мени охлаждения от температуры расплава хорошо соrласует",
ся с экспериментальными данными. Полученная U образная
кривая неоднократно наблюдалась на различных прессформах
(рис. 5,63). .
Т HO это среднее значение температуры, при которой ОТфОрf\10 .
ванное изделие можно удалить из rнезда прессформы. При расче...
тах было принято, что Т но .77 ОС. Изменение температуры пресс
формы, влияя на степень ориентации, вызывает изменения теПLТIО .
стойкости (рис. 5,64).
ЛИТЕРАТУРА
1. Веrпhаr.dt Е. С., Paggi L , РоI)т1iпеr Ilnproves IпjесtiопМо1diI1g
Modern Plastics, 33, N!? 2, 109 (1956).
2.. В е у е r С. Е., D а h 1 R. В., Measurement of Heating Capacities of"
Iпjесtiоп Mo1ding Ма hiпеs, Modern P1astics, 30, N2 9, 124 (1952).
3. В о s t \v i с k R., J о s 1 i п С. А., Restricted Gаtiпg, Моdеrп Plastics,
31, Ng 10, 125 (1953).
4. Parris R. N., Meeks Р. J., Importance of Mold RigiditуinIпjесtiоп.
Molding, Plastics Technol., 3, 371 (1957).
5. G е е R. Е., L У о n J. В., Nоп isоthеrmа1 Flow о! Viscous Nоп Nе\у
tопiап Fllli ds, 1 пd. Eng. СЬеln., 49, 956 (1957).
6. G i l1n о r е G О., Т h а у е r G В., Some Design Сопsidеrаtiопs for'
Iпjесtiоп Моldiпg Неаtiпg Chambers, Тrапs. ASME, 75, 903 (1953).
7. G r i f f i t h s L., Temperatиre Сопtrоl in Iпjесtiоп Мо1diпg, Brit. P1astics,
27, NQ 4,134 (1954).
8. Н а h п о. М., ТЬе Hydraulic System апd Polymer Flow iп Molding, SP E
Journal, 13, NQ 7 (1957).
9. I ln i g С. S., M01d Temperature Effects in Роlуеthу1епе МоIdiпg, Moderl1 .
P1actics, 34, NQ 12, 149 (1956).
10. К е r п, Process Heat Тrапsfеr, 1st ed., New York, Mc Gra\v Hill Book Coт
рапу Iпс., 1950
1 {: к о h 1 Р. О., Pressure Measurelnent iп Injection Molding Ьу Use о! Ejector
Pins, PJastics, ТесЬпоl., 3, 629 (1957).
12. Maccaferri М., МсКее R. В., TheMaccaferri IпjесtiопМоIdiпg
Неаtiпg Chambre, SPE Journal, 12, Ng 2, 11 (1956). Discussion appeared
in SPE Jоurпаl, 12, N 5, 55 (1956).
13. М о r s е А. R., Effects of TherlnoconpJe Lосаtiоп and Wattage Control
оп Injection Cylinedre Telnperatures, PIastics Technol., 1, 277 (1955) -
14. М о s 1 о Е. Р., Runner1ess Iпjесtiоп Моldiпg, Modern PIastics, 32. N2 4;.
11 9 ( 1 955) .
ЛИТЕрАТУРА
427
.Н.
15. Р а g g i L., Моldiпg Cyc1es Nozz1e Design, 5РЕ J ourna1, 13 No 5, 42
( 1 957) .
16. 5 реп с е r R.. 5., G i 1 m о r е а. D., Equation of 5tate for High Poly
mel S, J. Appl. Phys., 21, 532 (1950).
17. 5 реп с е r R. 5., G i 1 т о r е G. D., Residual 5trains in Injection
Mo1ded Роlуstуrепе, Моdеrп Plastics 28, NQ 12, 97 (1950).
18. 5 реп с е r Ra 5., G i 1 m о r е а. D., Role of Pressure, Teтperature
and Time iп the Iпjесtiоп Mo1ding Process, Modern Plastics, 27, No 4, 143
(1950).
19. 5 реп с е r R. 5., G i 1 m о r е G. D., W i 1 е у R. М., Behavior of
Granulated Po1ymers Under Pressure, J. Аррl., Phys;, 21, 527 (1950).
.20. Т о о r Н. L., Е а g 1 е t о n 5. О., P1ug F1o\v and Lubrication of Poly
mer Particles, Ind. Eпg. СЬеm., 84, 1825 (1956).
.21. \V h i t 1 о с k С. Н., Mo1d Temperature Control, Modern Plastics, 3 {,
NQ 1 О ( 1953) .
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
1 В е у е r. C Е., Pressure Contro1 for Iпjесtiоп Molding Machines, Plastics
.rechnol., 3, 459 (1957).
2.. В е у е r С. Е., D а h 1 R. В., М с К е е R. В., Temperature and Pres
sure Measurements in the Iпjесtiоп Machine Heating Cylinder, Modern
P1astics, 32, N24, 127 (1955); N25, 110 (1955); NQ 61127 (1955).
.3. G а s р' а r Е., Basic Features Influencing the Performance of Injection Mol
ding Machines, P1astic Progress, 1951, I1if(e а. Sons.
4. G i 1 m о r е G. D., S реп с е r R. S., Photographic Study of the Ро}у,-
mel Сус1е in Injection Мо1diпg, Modern P1astics, 27, NQ 4 (1951).
-5. Т о о r Н. L., Е а g 1 е t о п 5. D., Energy Conversions in the Flow of
High Po1ymers: Аррliсаtiопs to Injection Molding, J Appl. Cheln., 3,
354 (1953).
- 6. Т о r d е 11 а J. Р., Me1t Extrusion of Po1yethylene, SPE Journal 6, N 5,
9 (1953).
Fлава V/
. КДЛАНДРОВАНИЕ*
Обработка материала На каландре
Каландрован ие это процесс, пр и котором р азмяrченный тер...
u
м:опластичныи материал пропускается через зазор между rори...
зонтальными валками, образуя бесконечную ленту, толщину и
u
ширину которои можно реrулировать.
Впервые этот процесс был разработан и применен в резиновой
промышленности.. В настоящее время каландрование применяется
u
В 'рЯДе отраслеи промышленности для изrотовления листов из раз
личных материалов: бумаrи, линолеума, металлов, пластмассы и
резины. В промышленности пластических масс каландрование ши
роко применяется при переработке поливинилхлорида, сополи
меров винилхлорида и винилацетата, полиэтилена, ацетата цел
JlЮЛОЗЫ, кумаро,но инденовых смол и мноrих друrих полимеров.
Наиболее широко в промышленности пластических масс калан
дрование применяется при производстве пленок и листов из
поливинилхлорида. Особый интерес представляет 'собой BЫCOKO
скоростное изrотовление тонких пленок однородной толщины.
Пленки толщиною менее 0,5 мм и шириною до 1,8 м выпускаются
со скоростью 180 м/мин при допуске на толщину -+: 0,002 мм.
Такая малая величина допуска предъявляет повышенные требо
вания к качеству конструкции и тщательности соблюдения TeXHO
лоrическоrо режима. Достиrну'тые в этой области успехи убеди
тельно доказывают, что каландрование все в большей степени
u
становится наукои, а не искусством.
Типичная схема обработки материала на каландре представ
лена на рис. 6,1.
Смесь из смесителя Бенбери проходит через двухвалковые
вальцы и в виде непрерывной ленты с более или менее постоянны...
ми размерами подается в металлоискатель, из KOToporo затем по..
падает в четырех валковый каландр. Иноrда вместо металлоиска..
теля смесь .пропускают через шприц машину с фильтрующим
.
* д. и. м а р ш а л л, D. 1. MarshalI, Ph. D., Uпiоп Carbide Plastics
Сотрапу, Divisiоп оС Union Carbide Соrроrаtiоп.
ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛА НА КАЛАНДРЕ
429
u
УСТРОИСТВО1vI, сетки KOToporo задерживают попадающиеся в рас..
плаве включения. Из шприц"машины материал, не содержащий
u . u
включении, поступает при заданнои температуре на каландр.
В некоторых случаях смесь может подаваться непосредственно на
каландр, минуя металлоискатель иvТ]и шприц"машину. Поступаю
u
щии на каландр материал ПрОХОДlIТ последовательно через три
зазора. При этом происходит дополнительное смешение и образо
вание плеНКI1: заданной толщины. Переход образовавшейся пленки
IJ
с одноrо валка на друrои является результатом cOBMeCTHoro воз..
u U
деиствия разности температур, разности окружных скоростеи и
различия в качеСтве обработки поверхности валков. Затем плен..
,.,.,. {} ............. J
"' i ....
,
11 ,
" \
, I \
I
..., I
.. 1
D
-
s
8
J,
;' ,
I \
О' Q
, I
'..... /
2
4
7
Рис. 6,1. Техно.поrическая схема получения пленки из теР lопластично".
ro материала методом каландрования:
J смеситеЛЬ: 2 вальцы; 3 шприц машина; 4 НаКЛОННЫЙ Z образиый каландр; 5 отбо
рочный ролнк; б ОХлаждаЮЩие барабаны; 7 толщинометр; В ПРlIемнсе устройство.
. ка отбирается вращающимся с большей окружной скоростью отбо
u U
рочным роликом, которыи можнО использовать для продольнои
u
вытяжки С целью дальнеишеrо уменьшения толщины пленки.
Качество поверхности rотовой пленки определяется качеством
поверхности последней пары валков каландра. 11ноrда оконча..
тельная отделка поверхности пленки осуществляется специаль....
ным полирующим приспособлением'- которое устанавливается
между отборочным роликом и охлаждающими барабанами.
В данной rлаве показано, как при конструировании каланд.
u
ров ДОLТ1ЖНЫ УЧI{тываться своиства термопластичных материалов.
Особенно подробно рассмотрена зависимость давления в зазоре
u
между валками от реолоrических своиСтв материала и влияние
этоrо давления на постоянство толщины получаемоrо листа.
Кроме Toro, рассмотрены различные методы компенсации про-
rиба валков и друrие особенности КОНСтрукции каландров.
На рис. 6 2 изображена CXel\1a течения материала в зазоре
между двумя валками каландра. При этом предполаrается, что
материал несжимаем и в зоне повышенноrо давления прилипает
к одному из валков.
,430
rл VI. КАЛАНДРОВАНИЕ
в Каждом зазоре Iпирина листа меняется обратно пропорцио...
нально уменьшению ero толщины. Принимают, что скорость вра...
щения валков одинакова, а увеличение ширины листа происхо
дит до Toro, как он дoc
тиrне1' области максималь..
Horo давления (сечение h 1 ).
Поскольку в сечении h 1
производная от давления
u
по теl<ущеи координате
(ось Х) равна О, силы, дей..
ствующие в этом сечении
в направлении оси Х,
находятся в состоянии
равновесия и ускорение
материала отсутствует.
Аналоrичное положение
имеет место в' сечении hi).
...
Находящийся между эти
ми сечениями материал
испытывает или YCKope
ние или замедление, при
чем ero средняя скорость
обратно пропорциональна
величине h. При .эти х ус..
ловиях h 1 до.,тIЖНО б'ыть
равно h 2 - Если бpI мате...
риал обладал сжимаемо .
стью, то h 1 Mor ло бы быть
меньше h 2 . Очевидно, что
u
даже при условии полнон
несжимаемости, независи"
мо от Toro) является ли де..
формация сдвиrа упруrой или нет, толщина материала в сечении h 2
должна быть больше, чем в сечении ho. В сечении ho слои материа
ла, соприкасающиеся с поверХНОСl'ЬЮ валков, движутся со ско"
рос'rью валков,:в то время как слой материала, лежащий на оси Х,
,'проходит через зазор:с большей скоростью_ Возникающее при этом
'.<увеличение толщины определяется только реолоrическими харак"
7еристика 1И и сжимаемостью, а не величиной Упруrой деформации
.сдвиrа.
у
/'а
v
(
-'\.
х
..
-
.
v
.
.
Рис. 6,2. Схема процесса вальцевания.
Проблемы конструирования каландров
С применением каландров в резиновой' промышленности воз...
-никла задача обоrрева валка и поддержания на ero поверхности
J10СТОЯННОЙ температуры. Одним из способов решения этой задачи
ОБРАБОТКА МАТЕрИАЛА НА КАЛАНДРЕ
431
.
является замена полых валков сверлеными (рис. 6,3). При приме..'
неНI1И сверленых валков эффективная ширина наrретой части
валков увеличивается за счет уменьшения расстояния между по..
u C.J u u
верхностью, омываемоМ rорячеи ВОДОМ, и наружнои поверхностью'
валка. Друrой путь поддержания однородной температуры по-
BepxHocTlf валка это применение масляноrо обоrрева с подач й
u
иаrретоrо до заданнои температуры масла.
Было показано 4 , что каналы в валках можно располаrать зна-
чительно ближе к наРУЖIIОЙ поверхности ч.ем это было принято
до наСТОЯII еrо времени, не опасаясь возникновения существенных
А,
A.J
а
Сечение па A A
6
-
Рис. 6,3. Поперечное сечение обычноrо ПО.ТLоrо валка (а) и сверленоrо'
валка (6), ИJIлюстрирующие 1\1етоды реrулирования температуры.
местных напряжений. При этом улучшается теплопередача и обе-..
спечивается более однородная температура поверхности валков'
каландра, а также их более эффективное наrревание или охлаж-
дение.
С появление f r -образноrо четырехвалковоrо каландра, в.
котором три валка расположены один над друrим, возникла проб-
лема устойчивости валков. До недавних пор обычно пользовались
подшипниками скольжения с довольно Зl-Iачительными радиаль..'
ными зазорами, необходимыми для смазки. Наличие зазоров"
позволяло валкам при колебании наrрузки перемещаться в под-
шипниках. Особенно неустойчивым был средний валок, кото--
рый подверrался с обеих сторон действию приблизительно рав--
ных сил.
Известны три способа устранения этой неустойчивости. Bo
первых, метод предварительноrо наrружения, при котором с'
помощью специальноrо приспособления к валкам каландра при
u
кладывается наrрузка, заставляющая их плотно прилеrать к ОДНОМ
стороне подшипника. Во"вторых, применение роликовых ПОДlliИП-
432
r л. VI. КАЛАНДРОВАНИЕ
'" ..............
v
..........
ников с малыми радиальными зазорами. В третьих, Z--образное
расположение валков, при котором отсутствует взаимное влияние
u
распорных усилии.
В современном каландрован ии требуется точный контроль
толщины листа. Отклонения от заданных размеров листа по ero
'-'
поперечному сечеНИIО и длине вследствие неустоичивости валка
или ero эксuентриситета должны быть минимальны. Под действием
давления в зазоре между валками последние п})оrибаются, что при-
водит к утолщению средней части листа. Методы определения
этоrо давления и компенсации проrиба ва.лков подробно рассмот"
рены ниже.
Друrие важные конструктивные проблемы возникают в связи
с вытяжкой и охлаждением листа. Вытяжку необходимо осуществ",
лять до охлаждения листа. Лист, вытянутый в холодном состоя..
нии) имеет после размотки с бобины значительную усадку. При
I1РОИЗВОДстве пленки, например из поливинилхлорида, uелесооб--
.разнее зафиксировать величину деформации, созданную отбороч..
ным роликом, а не HarpeBaTb пленку с целью отжиrа, так как этот
..,
процесс происходит при температуре, значительно превышающеи
то значение, при котором производилась вытяжка пленки. Лист,
u U U
ВЫТЯНУТЫИ при высокои температуре и затем охлажденныи, в
дальнейшем не меняет своих размеров. Вытяжка при низкой тем--
пературе не позволяет получить лист со стабильными размерами,
и поэтому ее с.ледует избеrать.
Измерение давления и pacnopHoro усилия
При каландровании материала в зазоре между валками воз--
никает давление, под действием KOToporo валки проrибаются. Ве--
личина этоrо проrиба влияет на толщину изrотавливаемоrо листа.
Определение велиЧины возникающеrо распорноrо усилия имеет
большое значение при конструировании каландра, так как позво-
ляет заранее предусмотреть методы компенсации проrиба, обеспе--
U u
чивающие получение листа с заданнои величинои разнотолщин..
ности.. Кроме Toro, это дает возможность определять, какие Ma
териалы можно обрабатывать на том или ином каландре.
Ниже рассмотрены методы замера и расчета распорных усилий,
а также примеры использования получающихся результатов.
eTOДЫ экспериментальиоrо определения давлений
u
ираспорны х УСМИИ
Существуют различные метОДЫ непосредственноrо замера давле--
ния или распорноrо усилия. Полученные результаты позволяют
u
проверить справедливость теоретичеСКI-JХ уравнении и предложить
методы расчета этих величин.
,
ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАспоРноrо УСИЛИЯ
........ , ............- т v .................<Ь....
433
ь..... ...... l'
Вмонтированные в валки датчика давления. Этот метод заме..
ра распределения давлений при ДВуlжении материала через зазор
между валками был разработан Берrеном и с коттом 5 а У становлен
ные в теле валков датчики давления содержат проволочные TeH
зометры сопротивления, которые преобразуют силу в электриче..
U u
скии сиrнал, реrистрируемыи на осциллоrрамме.
Полученный экспериментально профиль давлений сопостав
ляется с профилем, рассчитанным по различным уравнениям.
На рис. 6,4 показано замеренное и вычисленное теоретически рас-
U
пределениедавлении при калан
дровании. Поскольку вязкость
материала неизвестна, для вы..
числения' профиля давлений не..
обходимо определить из усло...
v
вии опыта константы, входящие
в уравнеНИЯ1t
Для этоrо при использова
нии уравнения Ардичвили ве..
ЛНЧIlНУ максимальноrо давле--
ния, ВХодящеrо в уравнение,
считали равным замеренному,
а в уравнении rаскелла давле...
нне в самом узком месте зазо--
ра равным соответствующей
u
замереннои величине.
. Величину распорноrо уси..
лия можно определить rрафиче..
ским интеrрированием профи..
лей давления. Использованный
метод определения констант,
БХОДЯLЦИХ в эти уравнения, показал, что' давления, рассчитан
ные по двум различным уравнениям, оказались близкими по вели
чине.
C.J
Однако сравнить точность этих уравнении при определении
абсолютной величины давления очень трудно) так как истинная
величина эффективной вязкости неизвестна.
Замер деформации винтов. реrулирующих зазор. Силу, CTpe
мящуюся раздвинуть валки, т. е. распорное усилие,. замеряют
непосредственно по наrрузке на подшипники. Эту величину можно
определять при помощи проволочных тензометров сопротивления,
6
наклеенных на реrулировочные винты двухвалковых вальuев.
Величинами распорноrо усилия, замеренными этим методом, мож"
но пользоваться для самых различныХ целей, например при срав-
нении распорных усилий, возникающиХ в процесс обработки
различных материалов. По величине распорноrо усилия можно
.
Z50
\
I 3 \
"
'.
200
"
1 .
/50'
о .
.
.
.
"
l1 100 .
50,
'/
..
о
о,ч. "О .'" 0,' а8 .I,Z
("
....
.
.
,.
1
. ,
1 В. 2:0 ;":2: 4
J ,. .
. f -.1,-,
.
Рис. 6,4. Распределение давления
при каландровании термопластов:
1 кривая, рассчитаниая по уравнению raCKeJI
ла; 2 эксперимеитал&.ная кривая; 3 криваЯ1
рассчитаниая n уравнению Ардичвили и Эли.
2В Переработка теРМОПJtастичных материалов
434
rл. VI. КАЛАНДРОВАНИЕ
.
""'IТ" ....
..
рассчитать эффективную вязкость термопластичноrо материала.
Значениями распорных усилий можно воспользоваться для цe
лей моделирования, коrда будут разработаны основные ypaBHe
ния теории подобия (применительно к процессу каландрования).
Ниже рассматриваются формулы, по которым производятся
эти расчеты.
rидравлические приспособления для реrулирования зазора
между валками. В настоящее время для реrулирования зазора
между валками каландра применяются rидравлические цилиндры,
которые обеспечивают перемещение валка в обоих направлениях.
Если направление усилия, создаваемоrо при помощи rидравличе-
cKoro цилиндра, противоположно направлению распорноrо уси
лия, то о ero величине можно судить по показаниям манометра,
установленноrо в rидравлической системе. Значения распорных
усилий, определенных на производственном оборудовании, можно
использовать при расчете и конструировании HOBoro оборудования..
rуч 11 , рассчитав по величине давления в rидравлических ци...
u
линдрах значения распорных усилии, установил, что зависимость
u .
между распорным усилием и толщинои каландруемоrо листа при
переработке поливинилхлорида для каландра с валками.710
х 1680 м.м приближенно описывается уравнением
F 616 000t 1 13
(1 )
rде F сила, кТ;
t толщина листа, с.м.l0 3 .
Это экспериментально полученное выражение, справедливое
для листов толщиной от 0,0025 до 0,01 см, позвол.яет судить о.
влиянии толщины листа на величину распорноrо усилия.
Аналитическое определение давления и pacnopHoro
усилия
к расчету профиля давлений и распорных усилий можно
подойти различными способами. Одной из наиболее ранних попы...
ток является работа Ардичвили 1 . Метод решения, используемый
Эли?, отличается от метода Ардичвили, однако полученные урав..
нения различаются только величиной постоянных. Аткинсон и
Нанкароу2 разработали метод определения давления и распорно--
u U
ro усилия, учитывающим неньюТОНОВСКИИ- характер течения ма..
териала, но их результаты до сих пор не получили эксперимен
таЛhноrо подтверждения.
Очень близкая к действительности картина течения была по
лучена rаскеллом 1О , анализировавшим условия деформации ка-
ландруемоrо материала в зазоре между валками.
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ
435
,
Более поздняя работа Паслея 13 преДставляет собой попытку
ИСПользовать вязкоупруrие характеристики материала для pac
чета профиля давлений. Поскольку в БОЛЬШl1нстве случаев упру-
. rие характеристики расплавов неизвестнw, эта работа до настоя
щеl'О времени не получила практическоrо 'применения.
Для холодной прокатки стали 15 были разработаны методы опре
деления распорноrо усилия, точность которых, по утверждению
авторов, составляет не менее 5 %. Такие точные методы расчета
,каландрования пластических масс до сих пор не разработаны.
IОднако существующие методы позволяют составить качественное
.представление и приближенно ОЦенить величину распорных уси
u
лии.
Уравнение r'аскелла. rаскелл исследуя rидродинамику про
цесса каландрования, исходил из предположения, что каландруе-
мый материал обладает свойствами ньютоновской жидкости. Он
указал, что давление, возникающее при прохождении материала
через зазор между валками, действует и после ero выхода из
зазора независимо от Toro, является материал упруrим или нет.
rаскелл показал, что можно получить уравнения, описывающие
поведение материала при ero течении через зазор, KOTopble при-
менимы не только к ньютоновской жидкости, но И к телу Вин..
raMa.
Уравнение (2), описывающее профиль давления, является pe
зультатом интеrрирования дифференциальноrо уравнения Навье
Стокса, выполненноrо при ряде упрощающих предположений:
1 + Е2 5Ef- 3EfE2
(1+E2)2
р
3pwV
2hoo
1 + 3Ei t + ( 1
1 + Ef 1
3, ) (arctg arctg 1)
(2)
о
rде tL вязкость ньютоновскои жидкости;
L окружная скорость валков;
ho за зор между валками;
о 11 ho /r;
безразмерная координата положения, равная отношению
расстояния вдоль оси Х к корню квадратному из величи-
НЫ произведения радиуса валков на зазор между ними:
.
.
t
х
rh
r радиус валков.
28 *
436
... ...aI
rл. VI. КАЛАНДРОВАНИЕ
..........
........
ВЫВОД уравнения (2) приводится в приложении к этой rлаве;.
переменные, входящие в это уравнение, rрафически представлены
на рис. 6,2 Однако практическое использование TaKoro rромозд
Koro уравнения затруднено. Кроме Toro, оно обладает рядом Heдo .
статков, обусловленных упрощающими предположениями. Урав--
нение (2) хорошо описывает поведение материала на выходе из
зазора, но оно не учитывает местоположения входноrо сечения
и для большинства значений не удовлетворяет rраничному усло
вию р о. Поэтому описываемый ниже упрощенный метод расчета. .
более yдo eH для практичеСI(ИХ целей. Однако использование со..
временных вычислительных методов позволит, по видимому, Ha
столько усовершенствовать метод rаскелла, что он сможет пол..
ностью вытеснить упрощенный метод Ардичвили.
.равнение Ардичвили. Воспользовавшись rраничным условием
р О при Х о (расположение осей координат см. на рис. 6,2). Ар..
u
дичвили вывел дифференциальное уравнение профиля давлении
которое довольно просто интеrрируется. Получаемое решение
позволяет вь!числить величину распорноrо усилия. Уравнение
Ардичвили можно считать частным случаем уравнения rаскелла,
причем вычисления по этим двум уравнениям дают довольно
близкие результаты. При вьrводе уравнения предполаrается, что
диаметры обоих валков и скорости их вращения одинаковы, пла..
стическая масса обладает свойствами ньютоновской жидкости, а
процесс каландрования протекает изотермически. Считается так--
же, что скольжение на поверхности валков отсутствует, а пере...
lVlещением материала в направлениях осей У и Z можно прене..
бречь. Кроме Toro, предполаrается, что силы инерции незначи
тельны и что завихрение потока отсутствует.
На основе общих уравнений rидродинамики выводится зависи--
мость dp от dX, .имеющая вид:
dp
dX . 12 V
1
h 2
h 1
h З
(3)
Это уравнение можно проинтеrрировать, если выразить dX
через h. Из простых rеометрических соотношений следует, что
h ho + 2 ( r
11 (2 Х 2 )
(4)
Разлаrая выражение, стоящее под знаком радикала, в ряд и
пренебреrая членами высшеrо порядка, получают:
h ho + Х2/ ,
(5)
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ
A &
43Т
Решая уравнение (5) относительно Х и дифференцируя по--
лученное выражение, подставляют результат в уравнение (3),
которое теперь можно проинтеrрировать. Однако ero аналитиче
ское решение очень rромоздко, поэтому Ардичвили делает C,JIe
дующее упрощающее предположение:
4
h 1 3 ho
(б)
Подставляя уравнение (6) в выражение, получающееся после.
интеrрирования уравнения (3), находят упрощенную формулу
для определения р:
р
4 V v r (h h.))
t h 2
(7)
РаСПОРllое усилие равно:
н
F w pdx
(8)
110
rде w длина рабочеrо участка валка, соответствующая ширине-
каландруемоrо листа.
Подставляя в уравнение (8) уравнения (7) и (5) и интеrрируя
полученное выражение, находят:
1
F 2}1a Vrw
. ho
,
.
1
Н
(9)
Если известен способ выбора соответствующеrо значения вяз
кости, то уравнение (9) позволяет леrко рассчитать величину pac
порноrо усилия, которое в этом случае полностью определяется
режимом переработки и методом выбора вязкости. Если при по...
мощи установленных на каландре манометров замерить величины
распорных усилий, то по уравнению (9) можно определить значе
ние t-La. Найденная величина вязкости может использоваться для.
расчета каландров с друrими размерами и скоростями вращения
валков и друrими величинами зазора.
Поскольку пластические материалы это в большинстве слу
чаев аномально вязкие, вязко..эластичные системы, то выбор
правильноrо значения вязкости кра.йне затруднен. Для этой цели
можно пользоваться rрафиками зависимости эффективной вяз
кости от скорости сдвиrа, построенными по результатам капил..
438
r Л. Vl. l(AJJAH)J POBAHyIE
т
лярной вискозиметрии, обработанным в соответствии с уравне...
нием Пуазейля. При этом ИНОfда вводят поправки, учитывающие
продолжительность процесса деформации и концевые эффекты.
Примеры расчета по уравнению Ардичвили
Ниже описаны методы определения вязкости, входящей в
уравнение Ардичвили По величине замеренноrо распорноrо
усилия можно рассчитать соответствующую вязкость и иСполь..
зовать полученную величину для вычисления распорноrо усилия
каландров друrих размеров. Величину вязкости можно опреде..
лить также по кривым .течения, построенным по результатам Ka
пилл.ярной вискозиметр ИI-J (CM часть 1 1 1).
Прежде чем определять величину эффективной вязкости по
кривой течения необходимо установить значение rрадиента
скорости в зазоре между валками пр и каландрован ии и соответ",
Q
ствующии ему rрадиент скорости в капиллярном вискозиметре.
Необходимо также знать критерий продолжительности процес..
.са деформации, позволяющий сопоставить время пребывания мате-
риала в зазоре между валками каландра и в капилляре вискози..
метра. Этот критерий (величина, пропорциональная средней дe
.формации сдвиrа) учитывает также высокоэластическую деформа..
цию и концевой эффект, давая общий поправочный коэффициент
Определение распорноrо усилия методом подобия. Если из-
вестна величина распорноrо усилия для да ноrо пластическоrо
материала, эффективную вязкость можно определить непосред
.ственно из уравнения (9) _ Этот способ позволяет устранить неко"
торую неопределенность в использовании эффективной вязкости,
.присущую методу определения вязкости по кривым течения дан-
Horo или подобноrо материала, построенным по результатам ка..
пиллярной вискозиметрии. Однако применение метода подобия
'требует введения поправок на величину' язкости, учитывающих
различия в скорости сдвиrа между валками каландра, на котором
производился замер, и валками конструируемоrо каландра.
Декстер и Маршалл 6 вывели уравнение, основанное на пред"
ложенном Ардичвили методе решения. Это уравнение позволяет
определить эффективный rрадиент скорости между валками и со.
-ответствующий ему эct>Фективный rрадиент скорости в капилляре,
Величина. rрадиента скорости максимальна на поверхности вал
.ков в самом узком месте зазора и равна:
, ,2У
Эффективный rраДиеНТ скорости ho (1 О)
Вычислив величину вязкости по уравнению (9) и два знач ..
ния rрадиента скорости по уравнению (10), . можно подобрать в
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ
439
.....
r ь..........
части 11 I настоящей моноrрафии rрафик зависимости ВЯзкости от
rрадиента скорости для материала, аналоrичноrо испытанному.
Выбрав на rрафике кривую, которая проходит ближе Bcero к точ--
u u
ке, соответс:твующеи значению вязкости, определенном из урав-
нения (9), при определенном rрадиенте скорости, рассчитанном
по уравнению (10) проводят КРИВУIО, параллельную кривой rpa..
фика. Построенная таl<ИМ образом кривая описывает зависимость
вязкости исследуемоrо образца от rрадиента скорости (см. рис. 6,6).
По ЭТОlf кривой определяется величина вязкости, соответствующая
второму .значению rрадиента скорости, относящемуся к условиям
расчета моделируемоrо каландра.
Если температура переработки на производственном и Moдe
лируемом каландрах неодинакова, то необходимо соответству-ю"
IЦим образом скорректировать величину вязкости. Значение по..
правки определяется по кривым зависимости эффективной вяз..
кости от rрадиента скорости, построенным при различных темпера
турах. Влияние времени сдвиrа и концевоrо эффекта можно
учесть при помощи так называемой поправки входа. 3 .. Можно таl<же
u'
считать, что этот коэффициент является поправкои на время сдви--
ra. Если исходить только ИЗ продолжительности деформации. ма..
териала, то эта поправка будет приблизительно равна времени,
за которое матер иал проходит через зазор от сечения h 1 до сече...
ния h 2 - Скорость перемещения материала на этом участке прини--
мают приблизительно равной окружной скорости валков. После
введения всех этих упрощений из уравнения (6) получается сле
дующее выражение:
t s 2 1 (11 )
rде Х 1 - расстояние от ho до h 1 .
Из )'равнений (6) и (5) можно выразить Х 1 через r и ho- Тоrда
уравнение (11) принимает вид: .
t
s
2
v -v rh o /3
(12)
Подставляя значение V из уравнения (10) в уравнение (12)t
получают следующее выражение для оп ределения времени сдвиrа:
t s 2,.З V r/ho (13)
"(
.
rде T эффективный rрадиент скорости.
Из уравнения (13) следует, что время сдви-rа является ф унк ..
цией rрадиента скорости и безразмерноrо параметра 2,31 V r/ h .
Поскольку зависимость эффективной вязкости от rрадиента уже
440
rл. VI. К J\ЛАНДРОВАНИЕ
1 т' ..
..<1 ..............
известна, то влияние времени сдвиrа при постоянном rрадиенте
скорости можно учитывать по зависимости поправочноrо коэф"
фициента от безразмерноrо параметра. Однако на практике удоб
нее располаrать линейной зависимостью между эффективной
вязкостью и критерием продолжительности сдвиrа. М'ожно полу"
чить такую зависимость, вос.пользовавшись обратной величиной
этоrо критерия. Умножив эту величину на 4, получим число, экви"
валентное отношениюR/L для цилиндрических капилляров.
Зная наиболее распространенные на практике значения R/L,
:rvIОЖНО леrко выбрать стандартный критерий продолжительности
сдвиrа и затем установить отношение между вязкостью при дру"
rих значениях этоrо критерия и вязкостью при ero стандартном
значении. Полученное соотношение можно записать следующим
образом:
fs a+bN s
(14 )
rде fs .
поправочный коэффициент для перехода от стандартноrо
значения N (0,0312) к любому друrому;
постоянные (а 0,8; Ь 6,4);
u
критерии продолжительности сдвиrа
а, Ь
N s
1 ,73
ho .
r
N s
R
L
Постоянные в уравнении (14) были определены на основе дан-
ных, полученных при высоких скоростях сдвиrа з ,6. При этом В
качестве стандартноrо было выбрано отношение R/L 0,0312,
поскольку оно является общепринятым для капиллярной виско.
зиметрии.
Уравнение (14) представлено rрафически на рис. 6,5.
20
,
18
,
1,6
t?
l2
7
I/J
,о. в
0,6
......
t1"
""""'""
....... 1"'"
i
.
о,ОЕ
OO 005 оов 0./0 Ц 12
, ,
N Я/L=I.?З V h о jr
Q'4. 0,15
Рис. 6,5 ЗависимосТЬ поправочноrо коэффициента
f s ОТ критерия продолжительности сдвиrа N s (для
приведения вязкости к новому значению N s). CTaH
дартная величина N s ==O,0312.
:\НД..ЛI1ТИЧЕСI(ОЕ ОПРЕДЕJIЕНI1Е )I.АВЛЕНуI I
441
.
,
ПрuJltер 1. При пропускании пластицированной Сl\lеси с 30% HЫM coдep
)кание 1 полив ин ил хлор ида через ваJIЫIЫ с диа lетроМ валков 203 мм при Tei\f
пературе 170 ос и окружной скорости валков 15,5 /'л/мин получается лист IIIИ
риной 37 СМ и 10ЛЩИНОЙ 0,04 СМ. Ширина вращающеrося запаса равна 1 ,254 C.J[
а распорное усилие 2720 1(2. Чему б)тдет равняться распорное усил е на ка.
ландре с ваJIка ли диаметром 810 ММ, ВЫПУСI<ающеi\1 лист толщиной Ot015 С.Н,
ш'ириной 228 6 C.At при температуре 170 ос со скоростью 30,4 м/мин?
Решение. Сначала по уравнеНИIО (9) определяют вязкость. Для этоrо He
обходимо рассчитать следующие величины:
3
4 h 2 . 0,03 см
ho :
Величиной 1/ н можно пренебречь, так как она состаВJIЯСТ только 2,4%
от 1 / h 1 :
' 15 , 5. 100
V === .... 60 == 25, 4 см/сек
'::;::::: 10,16 см
w == 38 с.м
F === 2720 К2
.
После подстановки этих величин в уравнение (9) вьrчисляем вязкость Cl\ieCH
lLa==4,2.10 3 кТ.сек/см 2 "
Для 1'oro чтобы определить вязкость смеси в процессе каландрования.
необходимо р'ассчитать значение rрадиента скорости и два критерия продол
}кительности сдвиrа. Метод определения этих величин был описан ранее. Pe
u
зультаты вычислении приведены ниже:
Эффективный
rрадиент CKa
20
расти h ,ceK l
О.
..1J..1,M. . . . . . . .
. . . . . .
1670
8900
Критерий про
должительнос...
ти сдвиrа
N s == 1, 7З V h о;
0,095
0,0292
Вальцы с валками диаметром 203 мм
Каландр с валками диаметром 810
Пользуясь описанным ранее методом, по кривым зависимости эффективноЙ..
вязкости от эффективноrо .rрадиента скорости находят, что при увеличении
скороств: сдвиrа до 8900 ceK l вязкость снижается с 4,22.10....3 до.
1,3" 10 3 Kr.ceK/cM2 (рис. 6.6). Аналоrично по .rрафику, изображенному" на
рис. 6,5, находят, что с УI\iеньшение!\1 N s величина Вязкости Понизится ДОПОJТ
нительно R 1,41/0,99 раза. ПО НОВОl\ЛУ значению вязкости, paBHO 1)T
9,15. 10 4 Kr. сек/см 2 , определяют, что распорное усилие на каландре будет
равно 75 300 Kr.
Расчет по кривой течения, построенной по данной капилляр-
ной В СКозиметрии. Возникающее при каландровании распорное
Q
у'силие lV10ЖНО вычислить по данныl'Л !{аПИЛЛЯРНОII вискозиметрии
ДtJ1Я той же или аналоrичной смеси. В этом случае, определив CKO
u
рость сдвиrа и Критерии времени сдвиrа для процесса каландро
вания, рассчитывают эффективную вязкость материала в зазоре
442
rл. VJ. I(АЛАНДРОВАНИЕ
L J
.
Рис 6)6.. rрафичес:кий tетод опреде
ления эффективной вязкости в зави
симости от эффектив Horo rp адиента
скорости:
l кривая, построенная ПО данным, имеющим...
СЯ для подобной сМеси и близкой температу
ры; 2 ЭКсперим-ентальная точка; З найде[{ная
кривая.
между валками.. Соответствующую условиям переработки вели-
чину вязкости находят по кривым течения.
При..мер 2. Следует определить
распорное усилие, возникающее при
обработке на каландре, рассмотреи...
ном в первом примере, ие пользуясь
LO
веЛИЧlfНОИ расПорноrо усилия, заме...
peHHoro на вальцах с меньшим диа-
метром валков.
Решение. Вначале так же, как и
в первом примере, определяют CKO
Q
рость сдвиrа и критерии продолжи-
тельности сдвиrа. Пользуясь кривы-
!vIи течения, построенными по данным
u
каПИ 7J,)1:ЯРНОИ вискозиметрии, находят
величину вязкости пластицированноrо
поливинилхлорида при 170°С и BЫ
чнсленной скорости сдвИrа. По диа-
rpaMMe (рис. 6,5)" определяют величину.
поправки fs' соотвеТСТВУЮЩУ-IО значе
нию N s :::=0,0292. При rрадиенте CKOpO
сти 8900 ceК, l величина вязкости равна
OJ94 10--т3 kF-сек/см 2 , а будучи CKOp
ректирована для данноrо значения N $'.
она составит 0,93.10 3 Kr.ceK/C.lt7, .
Подставив эту величину в уравнение
(9), находят, что распорное )rси.пие
составляет 74 000 Kr.
4.f03
..э
l4-.tО
::, :1
E:t.:
1i
I
1870 8000
Зффеkти8н. й 8paf}uellт Ckor тu
тr LiЛU , ceK
о
Сопоставление экспериментальноrо и расчетноrо значений
распорных усилий. В табл. 11 приведены величины распорноrо
усилия, замереиноrо на вальцах с валками размером 203 х 406 J1't)И
при помощи проволочных тензометров, а на каландре большеrо
размера- по показаниям l\.rIaHOMeTpa rидравлических ЦI-IЛИНДРОВ.
Та,блица 11
Соnоставленне значений замеренноrо и вычисленноrо распорноrо усилия
'I"
...........r'I
.
Распорное уси J1ие, f{ r
Полимер
rZo.п ичесТ ЕО
МЯi'ЧИТ(:ЛЯ
%
Толщина
листа
,.111М
Те1"!перату
ра, ос
Раз ;"'ICPl.)I
В,JЛНОD
.IИh!
за 'lе.рСI[НОС 13ЫЧислен
значеНИе ное
. значение
w
I
32
0,5
0 5
0,5
0.5
.
0,1
170
170
130
125
170
203 >< 406
203 Х 406
203 Х 406
203 Х 406
710х 1680
2380
1 840
2780
5 250
45 400
2450
1 725
2680
6400
48 000
ПОJ1НВИНИЛХЛОрIJД С
ДИОI(тилфта.ТlаТО \1
Полиэтилен
Фено.льпыи новоЛJК
Наполненная KO}\1
позицня на основе
ПОЛИВИIIИЛХЛОРИ
да
30
36
»
32
0,025
170
71 О х 1680 216 000
66 000
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ
443
.............
Приведенные в табл. 11 в rрафе «замеренное значение» величи-
ны распорноrо усилия для каландра с валками 710 х 1680 MJ"Vt были
в действите.ПЬНОСТИ рассчитаны по уравнению (1), коэффициенты
KOToporo определены обработкой ЭI{спериментальных данных, по...
лученных при каt.Т"lандровании тонких листов из наполненных
ПО.;lfIВИНИЛХЛОРИДНЫХ !(ОМПО3ИЦИЙ. ВеI.ТIИЧИНЫ, представленные
в rрафе «рассчитанное значение), вычислены по уравнению (9).
Во мноrих случаях описанный метод расчета позволяет опреде-
u
лить величину распорноrо усилия с достаточнqи степенью точ
ности, в особенности если необходимо только сопоставить значе
ние возникающих распорных )ТСИJ1ИI Iа Данные, приведенные в
табл. 11, показывают, что во всех случаях результаты расчета
хорошо соrласуются с экспериментаtJ1JЬНЫМИ данными, за исключе
нием листа толщиной 0,025 ЛtМ, ДIJТIЯ KOToporo распорные усилия,
ВЫЧI1сленные по уравнениям (9) и (1), оказались различны. Из
уравнения (9) следует, что при постоянстве всех друrI1Х величин.
распорное усилие меняется обратно пропорционально величине
зазора между валками. В то же время из уравнения (2) следует,
что эта величина обратно пропорциональна 1,13 степени зазора
между валками. Поскольку для аномально вязких материалов
показатель степени должен быть меньше единицы, то. полученное
значение показателя степени (1,13) может указывать на то, что
Пр11 данном rрадиенте скорости свойства материала очень близки
и u
К своиствам ньютоновскои жидкости или что неучитываемое
влияние температур очень велико. Эффективный rрадиент ско"
рости, составляющий 40 000 ceK l) в этом случае лежит в неис..
следованной области, поэтому при определении величины ВЯз
кости приходится прибеrать к значительной экстраполяции. Точ
и u
ность определения среднеи температуры при Т3I{ОИ скоростн сдви
ra raK}I{e неизвестна. Кроме Toro, ширина запаса уменьшается от
максимаJlьноrо значения в центре Jlиста до .нулевоrо значения на
ero краях, в то время как при расчете предполаrалось, что эта
.
величина постоянна.
Нет никакоrо сомнения, что пр дложенные методы ОПреде 7Jе..
ния эффективной вязкости, а таI{же методы вычисления распор...
Horo усилия нуждаются в дальнейшем усовершенствовании. He
оБХОДИМhl такл{е ДОПОЛНуIтельные экспериментальные работы, KO
торые позволят проверить BiOBb созданные методы расчета.
Использование величин раСПОРНОFО усилия при конструиро"
вании каландров. Возможность оп ределения расчетным путе 1
ИЛII по экспериментальным данным величины распорноrо усилия
имеет очень большое значение при конструировании каландров,
предназначенных для производства листов с малой разнотолщин
ностью и постоянной формой полученноrо сечения а Зная диапазон
изменения реолоrических cBoflCTB материалов, которые будут
.444
rл. VI. КАЛАflДРОВАНИЕ
.. r.....
перерабатываться на данном конкретном каландре, и приблизи
тельное значение величины момента сопротивления изrибу вал
ков каландра, можно заранее рассчитать величину бомбировки
или значение уrла перекрещивания, или, наконец, величину KOHTp
изrиба. необходимые для компенсации проrиба и обеспечения
заданноrо допуска на толщину листа.
Хотя эти. данные не позволяют точно рассчитать профиль
бомбированной поверхности валка, по ним можно судить о мини..
мальном диаметре валка, при котором величина бомбировки не
.,слишком велика.
При обработке HOBoro материала или в том случае, если необ
ходимо. уменьшить толщину листа или увеличить скорость BЫ
пуска листа при работе на том же материале, по распорным уси...
лиям определяют необходимую для компенсации утолщения в
центре листа величину бомбировки.
Сопоставляя значение предельно допустимоrо распорноrо уси..
.лия с расчетным зна.чением, можно избежать опасной переrрузки
'оборудования.
Зная величину распорноrо усилия, можно выбрать способ из..
rотовления тонких листов и решить, целесообразно ли каландро
вать их при более высокой окружной скорости, или лучше полу
u U
чать лист нужнои толщины за счет продольнои вытяжки изделия.
Величина распорноrо усилия позволяет также оценить необхо-
димое количество пластификатора или требуемое умен ьшение MO
лекуля pHoro веса.
Использование аналитических методов определения распор..
u
ных усилии дает возможность во мноrих случаях значительно
уменьшить затраты по сравнению с методами, основанными на
чисто экспериментальном подборе всех параметров рабочеrо
процесса.
Методы реrулирования профиля листа
Под действием распорноrо усилия в валках, подшипниках и
раме каландра возникают напряжения, которые довольно просто
учесть при конструировании машины. Однако .при изrотовлении
C.J
1tТIИСТОВ с малом разнотолщинностью для компенсации влияния
проrиба валков на профиль листа приходится применять специаль..
ные приемы.
Д,ля Toro чтобы обеспечить выпуск листов с постоянной тол...
щиной или листов с заданным профилем поперечноrо сечения,
методы компенсации влияния проrиба на размеры поперечноrо
сечения листа должны обладать достаточной rибкостью. Обычно
примеl1ЯЮТСЯ следующие методы компенсации проrиба: бомбиров
ка, перекрещивание и контризrиб валков. Если известен характер
МЕТОДЫ PEry ЛИРОВАI{ИЯ ПРОФИЛЯ ЛИСТА
445
... Ir........
ИЗfиба валка., то, комбинируя эти методы, можно сконструиро"
вать каландр для выпуска совершенно плоскоrо листа. Однако
такая машина может применяться только для получения одноrо
вида изделий. Вследствие несовершенства методов компенсации
проrиба обычно, чтобы сделать оборудование более универсаль
'НЫМ, приходится снижать требования к точности изrотовления
u
'изделии.
Проrиб валков каландра
Зная наrрузку и механические свойства материала, можно
определить проrиб валков каландра. Однако вследствие нерав"
'u
,номерности распределения приложеннои наrрузки', а также HeoД
нородности сечения валка такой расчет очень аатруднен. Ардич
'вили подробно рассмотрел распределение моментов инерции по
длине валка. Однако при обычных расчетах достаточно прибли
зительно определить проrиб, чтобы выбрать величину бомбировки
валков, а также определить необходимый диапазон области pery
лирования при ПQМОЩИ перекрещивания или контризrиба валков.
Синор14 приводит формулу для расчета cYMMapHoro проrиба
валка, выведенную при условии paBHoMepHoro распределения Ha
rрузки по всей рабочей ширине ,валка w, и постоянных размерах
поперечноrо сечения валка:
'ш' (8[3 4w 2+w3)
Yl 384 Elx . (15)
,rде Yl вызванное проrибом изменение зазора между ваЛI<ами;
, 1 расстояние между подшипниками;
f удельная наrрузка отнесенная к единице ширины валка;
E модуль упруrости;
lx полярный момент инерции сечения.
Остальные обозначения даны на рис. 6,7.
() /J t
I
J ,
. z
n
о
-
- r
W/
! ... .
,
1
..
Рис. 6,7. Обозначение величин, входящих в
уравнения проrиба и Rонтризrиба.
Распределение проrиба по ширине валка описывается следую..
щим уравнением:
dYl
r 8Zw(Зl 3 4Z2l +rc 2[2)+(22 1 +w)4l]
(8l3 I 4w 2 1+w
(16)
446
r л. VI. I(АЛАНДРОВАНИЕ
При конструировании оборудования необходимо предусмотреть
методы полной }\:омпенсации этоrо проrиба
Бомбировк'а валков
'Наиболее распространенным методом компенсации проrиба
является использование бомбированных валков. Диаметр сред--
ней части TaKoro валка несколько больше, чем на ero концах.
Бомбировка обеспечивает очень большую точность компенсации
одноrо определенноrо значения проrиба. Однако при друrих Be
личинах проrиба точность компенсации оказывается недостаточ
ной. к.оrда"то в' резиновой промышленности бомбированные валки
получали путеl\lI нанесения на них покрытия из жидКоrо стекла, .
толщина KOToporo менялась в зависимости от величины бомби
ровки. В современной промышленности пластических масс приме
няются бомбирова8ные валки с постоянной величиной бомбировки.
Прl1 необходимости реrулирования толщины листа изменяют
условия каландрования. Поскольку вязкость, величина зазора и
скорость враIЦения валков входят в уравнение-для определения
распорноrо усилия, то, изменяя любой из этих параметров, можно
управлять величиной проrиба._
Наrр)тзку на валки можно увеличить путем повышения их CKO
Q
рости, понижения температуры смеси или содержания в неи пла
стификатора. Можно уменьшить наrрузку на валки, увеличив-
u v U
зазор, с последующеи вытяжкои листа до получения заданнои тол..
щины.. Наряду с этими методами известны ПОПЫТК11 применения..
MecTHoro обоrрева инфракрасными лампами.
Некоторые l1З указанных методов заметно влияют на произво ,
дительность оборудования, что оrраничивает их пр именение.
Однако обычно реrулировка, достиrаемая при использовании,
этих методов, оказывается недостаточной. Поэтому были разра
ботаНhI друrие методы, обеспечивающие более широкие возмож",
ности реrулирования профиля поперечноrо сечения листа.
Перекрещивание и контризrиб валков
Перекрещиванием или перекашиванием валков называют He
значительный поворот оси одноrо из валков в плоскости Х z.
Вследствие этоrо зазор на концах валков становится несколько
больше по сравнению с заЗОрОl'vI в центре, что равнозначно при..
менению бомбировки валков. Метод контризrиба валков (изrиб в
направлении, обратном проrибу) состоит в приложении к концам
валка изrl1бающеrо момента, который или понижает, или увели
чивает проrиб, вызываемый распорным усилием. Т акоЙ эффект
u U
достиrается установк.ои на каждои из шеек валка BToporo подшип..
ника, через !{оторый передается изrибающее усилие, создаваемое.
МЕТОДЫ РЕrУЛИРОВАНИЯ ПРОФИЛЯ ЛИСТА
v
447
.
rидравлическим цилиндром. Метод перекрещивания валков был
разработан в Европе, а после второй мировой войны получил
распространение и в США. В настоящее время. он применяется
очень широко. Метод контризrиба был разработан позднее.
Соrласно идеализированным уравнениям применение обоих
этих методов дает в сущности аналоrичные результаты, почти
полностью устраняя влияние проrиба от наrрузки. Однако если
величина компенсации посредством перекрещивания или контр-
изrиба велика, то разница между степенью компенсации и факти-
ческим проrибом оказывается значительной. Поэтому обычно вал--
ки следует изrотавливать с бомбировкой, дополняя этот метод
компенсации проrиба методами, допускающими реrулирование.
rуч пр иводит уравнение!1, позволяющее рассчитать величину
изменения зазора в зависимости от величины перекрещивания.
Увеличение зазора между валками y при перекрещивании осей
валков за счет перемещения каждоrо конца ваЛI<а на величину С 1
можно выразить следующи м образом:
y [2 (17)
rде D диаметр валка.
Если величина изменения зазора - на конце валка равна Yl'
то распределение величины поправки по ширине валка, описывае-
мое уравнением (17), можно приблизительно определять при по-
мощи следующеrо выражения:
. w 2Z
1у J Yl W (18)
При компенсации проrиба контризrибом к каждому концу
валка пр иложен изrибающий момент М, который вызывает опре--
деленный проrиб валка Проrиб концов валка относительно
центра равен 14 :
Yl
Mw 2
.. ...
8Е1х
(19)
,
Распределение этоrо проrиба по ширине валка аналоrично
распределению поправки, описываемому уравнением (18). Поэто..
му для идеальноrо валка оба tлетода компенсации дадут одно и то
}ке распределение попраВI{И.
Если величина поправки, вво.димой с помощью перекрещива..
'"
ния или контризrиоа, велика, ТО ее распределение по ширине
валка соrласно ураВflеНllЮ (18) рез!{о отличается от распределения
проrиба валка под действием распорноrо усилия, полученноrо
с помощью уравнения (lб) В результате возникает специфический
«двуrорБЫЙi} профиль поперечноrо сечения (рис. 6,8).
448
f""Л. VI. КАЛАНДРОВАНуlЕ
L
.
Рассмотрим валок длиной 200 Ckt, который проrибается под
U u
еиствием равномерно распределеннои наrрузки, причем с по
мощы-о перекрещивания или контризrиба достиrнуто равенство
ве пичин зазора в центре и по краям. Результат одновременноrо
ВОЗДеIIСТВИЯ компенсации и распорноrо усилия для величин MaK
симальноrо проrиба 0,1 и 0,2 ММ представлен rрафически на
рис. 6,8. Разница между проrибом от распорной силы и проrибом,
полученным с помощью перекрещивания или контризrиба, ДОСТI1
rала 0,0045 .мM ДЛЯ очень тонких пленок это уже существенная
неоднородность сечения, которая застав-
ляет использовать незначительную ве..
.
личину контризrиба или уrла перекре
u
щивания осеи.
Действительный профиль поперечно
ro сечения листа не совпадает с пока
!OOO 500 О 500 /000
. занным на рис. 6,8, так как валок не
ZPfH +ZH/'1 идеален. Реальный валок наrружен He .
равномерно и величина полярноrо мо-
мента инерции сечения, входящая в
уравнение проrиба, точно не известна
Поэтому профиль за.зора при KOHTp
изrибе отличается от профиля зазора,
получающеrося при перекрещивании,
u
И какои из этих методов компенсации
дает лучший профиль поперечноrо сечения листа, можно опреде...
лить только 'на основе опыта. Преимущест'вом метода контриз..
rиба является возможность как уменьшать, так и увеличивать
проrиб валка. Блаrодаря этому необходимая величина реrули
ровки при среднем значении бомбировки валка оказывается мень..
ше, чем при методе перекрещивания. Однако искажение профиля
tlттиста вследствие несовпадения проrиба и компенсации можно
резко уменьшить путем соответствующеrо подбора профиля валка,
что позволяет на установках с широким диапазоном обрабатыва
мых материа.fIОВ применять любой из этих методов компен",
сации.
Контризrиб увеличивает или уменьшает наrрузку на подшип
НI1КИ. Значительные изrибающие силы MorYT переrружать под
шипники. Если же они направлены в сторону, ПрОТИВОПО 10ЖНУЮ
действию распорноrо усилия, их величина не должна превышать
распорноrо усилия. Это особенно важно ПрlI использовании под-
шИпников скольжения, зазор I\1ежду цапфой и ВТУЛI{ОЙ которых
позволит валкам при равенстве обеих сил перемещаться в опорах.
На праI{тике величина проrl1ба достиrает 0,05 r O,075 ММ. При
способления для контризrиба валков очень просты, и их леrко
можно устанавливать на существующих каландрах. В настоящее
A ii=lJ. 1
7 1
;jy D,2
Рис. 6,8. rрафик, иллю..
стрирующнй несовпаде..
ние величин проrиба
BepXHero валка при ком...
пенсации проrиба перек-
рещиванием или контр",
изrибом.
I-IЕК.ОТОРbIЕ ДОПОЛНИТЕ.llЬНЫЕ СООБР.;\ЖЕНlIЯ
449
.,.-.
.
время разработаJIО новое приспособление Дl.1Я переКРЕщивания
валков, установка KOToporo на существующих каландрах требует
тОлько замены шестерен и подшипников 12 . Это приспссобление
позволяет улучшить качество каландрования на оборудовании,
не имеющем приспособлений для реrулировки заЗОре.
,
"
РИс. 6,9. r образный каландр с rидраВЛl ческим. ц-илиндрdм ДJIЯ
u .
контризrиба, установленнь м у 111еикн нижнеrо ва.пка.
На рис. 6,9 показан r образный каландр, на котором OДHo:вpe
менно применяется и
Под шейкой ни}кнеrо
перекрещивание и контризrиб валков.
валка виден цилиндр для контризrиба.
-
,
Некоторые дополнительные соображения
.
Температура смеси. Температура и время прохождения через
валки каландруемоrо материала являются очень важными пара-
метрами процесса по 'следующим причинам: 1) технолоrические
условия, обеспечивающие изrотовление rЛ8дкоrо листа, с.ченъ
29 Переработка термопластичных матt;рналов
450
r л. y'i. К.А.ЛАНДРОВАНИЕ
....
.
сильно зависят от температурыl 2) для определения распорноrо
усилия неоБХОДИlVlО знать вязкость перерабатываемоrо материала,
которая зависит от теl\1:пературы; 3) некоторые пластические
массы, например ПОIiТIИВИНИЛХ l]ОРИД) склонны К теПЛОВО1\f}Т
разрушению; 4) чрезмерное увеличеНJIе температуры BHYTPII
листа, являющееся следствием интенсивной механической об
работки, может привести к образо'ванию пузырей в rOTOBOl\1
изделии 9 .
. Однако вопрос реr)".Тfирования температуры материала в про
цессе каландрования очень сложен и до настоящеrо времени еще
U u
не наидено удовлетворительных решении. ."
Средняя температура. материала при KaKOM TO заданном поло
жении на оси Хнередко знаtIительно превосходит темпераТjrрj'
валков. Это можно леrко показать при рассмотрении энерrет.иqе
cKoro баланса или замере температуры материала во вращающем-
ся запасе иrольчатой термопарой Энерrетический подход, позво-
..,
ляя оценить количество выделяющеися в материале энерrии, не
дает точноrо значения приращения температуры, Ta . как при ма..
лой толщине .писта коэффициент теп,лопередачи оказывается доволь
но значительным и часть rенерируемоrо тепла сравнительно быстро
передается Ba ТlKaM. Эли 8 И. финстон 9 предложили формулы для
расчета количества тепла, выделяющеrося при каландровании, и
определения температурноrо профиля в направлении оси У. Oд
нако до настоящеrо времени не опубликовано никаких сведений
об экспериментальной проверке этих уравнений.
Описанные в этой r л.аве методы определения вязкости и' CKO
рости сдвиrа нельзя рекомендовать для вычисления количества
rенериру.емоrо тепла, так как для тепловых расчетов необходимы
более точные данные, чем для вычислений, связанных с опреде
лением давления.
Для определения температуры лист'а, соприкасающеrося с. по
верхностью валка, температура KOToporo отл.ичается от темпера..
туры листа, по видимому, следует воспользоваться уравнениями
нестационарноrо процесса теплопередечи. Это позволит опреде"
лить время, в течение KOToporo лист должен соприкасаться с вал-
1(0 М , дЛЯ Toro чтобы температура листа стала равна температуре
валка.
При конструировании охлаждающих транспортеров и охлаж
дающих барабанов тепловые расчеты' необходимы для предвари.--
U
тельнои проверки скорости охлаждения и определения суммар-
ной поверхности охлаждающих барабанов.
I(рутящий момент и мощность. Крутящий момент, необходи..
мыlй для' деформации материала, равен интеrралу произведения
напряжения сдвиrа на радиус валка, взятому по всей поверхности
1(OHTaI{Ta с материа/IОМ. До настоящеrо време'ни в литературе не
ЭТАПЫ КОНСТРУу!РОR./\НJ/IЯ ArPErATr\ Д.Т1Я 1,А.J1. 1 IдrОВ.L'lI11Я 451
...............
БЫ.ТIО опубликовано ни одноrо уравнения, ПОЗВОL1яющеrо рассчитать
величину этоrо момента.
Уравнение для расчета крутящеrо момента можно получить,
ВОСПО Т'lЬЗ0вавшись rидродинамичееким подходом fаскелла. Ана...
лоrично можно выразить мощность в виде про изведения крутя
щеrо момента на уrловJтю скорость.
Пока еще трудно оценить точность всех этих методов расчета,
и поэтому каJlандры до сих пор конструируют на основе опытных
данных.
Последовательные этапы конструирования
arperaTa для каландрования
При конструировании arperaTa для каландрования приходит
ся учитывать след)'ющие существенные условия:
1. Ассортимент обрабатываемых материалов, а также диапа..
зон возможных ТОЛЩИН листа.
2. Максимальная заданная ширина листа4
3. Заданная производитеJJЬНОСТЬ.
4. Величина возникающеrо распорноrо уеи.пия.
5. Интервал рабочих температур.
6. Величина потребляемой мощности
7. Необходимая длина ПУТl1 охлаЖДения.
Обычно при проектировании HOBoro каландра стремятся MaK
симально увеличить ассортимент перерабатываемыx материалов
и расширить диапазон толщин выIускаемыыx .листов. При обра..
ботке тонких пленоК необходимо применять особенно жесткие
устойчивые валки с очень точно подобранной бомбировкой и дo
статочно rибкой реrулировкой контура сечения.
Следует отдавать предпочтение подшипникам качения, по-
скольку они обладают ничтожно ма.П:ЫМ зазором и позволяют
более точно рассчитать контур наружной поверхности бомбиро-
BaHHoro валка. По предполаrаемой величине раСПОРНОfО усилия
и соответствующему значению проrиба можно установить необхо-
димую величину перекрещивания, контризrиба или OДHOBpeMeH
но и Toro и друrоrо. Определяя распорное усилие для вертикаль..
но расположенных Ba.JIKOB, нужно учитывать вес валка. Средняя
величина бомбировки равна 0,]6 ktM, а при перекрещивающихся
валках нередко допускается бомбllровка 0,25 ММ.
. Для Toro чтобы искажение ПрОфИ lJЯ поперечноrо сечения листа
было минимально, необходимо по возможности уменьшить ком..
пенсирующуюся бомбировкой величину ПРОfl1ба валков
При максимально допустимой (по экономическим соображе
ниям) величине диаметра валков на каландре можно будет изrо.
тавливать продукцию наиболее BhlcOKoro качества.
29*
452
...
rл. VI. КАЛАrl..QРОВАНИЕ
IL
... ..........
Рабочие температуры и величина мощности привода выбирают
ся на основе опыта, накопленноrо при эксплуатации аналоrич
Horo обор у дован ия.
Хорошие результаты дает применение небольшоrо отборочноrо
u
ролика для вытяжки JIиста, которыи устанавливается около при...
eMHoro ролика. TCTaH'OBKa таких роликов ПОЗВО.,1Jяет обеспечить
максимальную вытяжку изделия, посКольку величина вытяжки
u О
при постояннои разности окружных скоростеи тем БО"ТIьше, чем
меньше длина вытяrиваемоrо участи:а.
I I . V .:.л'Е:.;;'; ::: ::;: " ':$'....,:: :r: :;:?}.: ..:... -:.::::::::.. ::... ::
" " J'b' ';:;::"''' f.t :;;:;;:; 7.,; ,-.>....'3i.. ... 'i':' о' w '",,' ?Щ 1' .
1..........:-......1.. , ,о ' VVVir .. . , .}..r'___...r.. ...,...............J.' '.' r;
< . II,"'" ....у... .....y.. ... . . ,.-_...--..: , .... .."" ... I
.,;.:., -:о.! ..... o._......... ....-....' ....".._...o'"......................... . .., ;-: ."
.. .;.:\:(..... .':'. .8 8. I .... I.:--,;. ......"...... ...... '" -.?''' .:.:1......:...:-.. ..
.. =:::;: ' 'о'о""' Шill O. " ""0""'" .,.....,.. "....и-,х;.:,., '... ",., . .."
., ... "'." ....... .. -=. 4 ...;,... .r-.......4.4 !-.'-'.....-.-.r .. ....-;:00.-1...... .r4.4._\.....f
, ,:.; , ........ /'..)..4-.-.-.-.... ...... 4 _ ..... '-'.. ....... ..r 4 .... 4 . L .....
. 14 \ ..-4._4_...... ... ,, "'" r....._...- - ...
i.J...... .. ;/'... "-"'".................... ...... 4. ..r........._4. _._ ......4..... ...
..... .... .. :':..........:....:.:.:. ._....... .. .:.-:..::. .:.-: - ...;,::; .....-:.'"t.: ._......
......'.'.4...J..............r.:,......... ........ .........
...."': .;.:':','. ....4 ....".. -. ..... . ...;..'. . ........Jo-............
Д :-.;...... " ,. .;z." . ....-:- 4... .. ...."'."'.r. . ...
r....r....... .'. .4......:.....:......-:....;;-....,i. .:.;................ :4:..-.I.
. .,.. ..... ....OV4....... ......._..... ."_4'_'
... : ::::7.::::::: : :::: :' .. ::: . :: ::: :: :,; ::.
........ .......V4 .I.I.о.0... -_....o':'.I.._._..................r.
.-.........;........... .o...___...:-............;'o-.
::.r.; 4.« :;....,' ::-:::-;: m:-:-:: .;:i':' ..-..:.. «.:. .:.:. .:...:,:.:O-,.........:;l.....,..:.:....... . ;.....-:":-:......... . ;.:.,;....-..:.:.:-..-..-..... ........ t-.....'.tiТ i:; r ,п ......
. , .. .. 4._ o(i.:-.. ... .. , . ...._.4.. ....14 4 ;.... . , . ... ..........r.r,r.........' , .с.:....... ....... ......... ..;....... _ _ 4.. . , .,.. r.................. ._...0.. ........... ... " r.r;z. .-......
...... ,....._. ...... ... r ...... ..1 ... .... "'4 . ..... . ,_4. . . . ....1 ...... . .4.... ...r l' _...
::;.."J:: ... . .-;... ......- ............ 4-.1.... о... .-.-....; ".. ....4 ., . ...........-i-...........r,r....... ;...; 1..... . ........;'- 4'" 4 4. .4..'.. r.............. .0..... .......-.. .($... ...
....:... . .,.,.,.? :- :-I... ... }.;W...... "......."." ..:.:. ..:...:... 4..... r ...."... ..-.; о.:............ ....-...... -,..I.........'O;' ;.._. ............. .'.:.:.:.:... ... _. ..:4;.....;4,.:......' . :.:.. -. ....4........:.:.;.0................;, 0.-.....:..:..:..-:0.....
........ _ 040......','r4.......\,...... ..... .-.... 4........ ...4:-..... _._.4._...... .................-.-.-,')....... r r........ ....r....-..... .._. . . 4 .0__...." . ,....11,........4 4_...\._.....L..-:.;.r.....-.........-..... .....
..._..._._........ .,......й".t . 1 1 -.-.-. ...:..........4_........:. ... .4._._....4.......... ..r'" ......... ...........-.............-.-.-...... ._....,.. .:.r.:._. ....... . о . .............j..4_..........r .. ...-..."'.-............ ....._._4_40...
....'.._'-'-'.....J'." ...... .4 :'..... 1 4 ... ...r........_._."......... ...4... . 4 1 1. о" ... ._..-='?".-4........-.- ...-.-.j......r......_..'_..... .r.. ..... ..1._4..... ._.0._..... ..0._"._..._.' 4.. o_ ..:"'''''o'.'
._....._.............. .,::..... ... . .._4............... .._.........._._. ..... ..... .4.4 0.............._......._..r.r4.. ..' ...4.4....................-..... ........._._._4.'''... ...-.-.-........-._._.о......}о:. . . .......r.................r...r. .... _._'_'0' .
......r................,..............:.-..,_... 4__-.... ... ..4:-.;..II........r...r.r......-. о ........._.__............ .,.... .--_..... ........ .o.-.-...ro_____...r.r.r..1..... ...,..
-:л;. ::: : =: .:r:;:::: :-'Х. .-:::: .: :::::::.:::: :: ::::::: :: :..::::::;::: : : ::::: .: : :;::::::::: :: :::::: :::::::: : :: :: : : ::: : ::;:..::::::_:::::: :::: ::: ::: : : .:: :::::.::.::;:.::: : ::.
.. ...... ............ .....А, : ..:....,....0;;'> 4'. ....... . ....;,/'. f' ." .. ........... . '-.1 .......-.......: ... ._._.0....._.4.4..........0.-.-.4.4.-....'.....4..........: ......;:}..."..r.r.. 4 ... ... 4.4........":.................;.._... .'_
:...
o._. .;
Рис. 6,10. Z"JбразныЙ каландр с иидивидуальным ПРИВОД() 1
Д.Т1Я каждоrо ва,пка.
,
Интенсивность охлаждения зависит от толщины каландруемо"
ro листа. При переработке пластических масс целесообразнее
u
применять четырехвалковыи каландр, а не трехвалковы (, так как
дополнительный зоазор обеспечивает лучшую проработку MaTe
риала. . Преимущество каландров с Z..обраэным расположением
u
валков состоит в незаВИСИМОСТI1 распорных усилии между пара..
ми валков. На таком каландре приспособление для перекрещи-
'вания можно устанавливать у четвертоrо, а изrибающий момент
прикладывать к третьему и четвертому валкам. На рис. 6,10 по..
казан Z..обраэный Ka"ТIaHДp, наклонное расположение валков
KOToporo обеспечивает удобный доступ к третьему валку. Отбор
листа в ЭТОl\1 СLтrуЧае осуществляется с TpeTbero валка.
Привод валков, показаННЫfI на рис 6,9 и 6,10, осуществляется
через универсальные карданные шарниры, которые необходимы
при перекрещивании валков. .
Пр'именение карданных шарниров 'дает возможность избежать
,установки . фрикционных шестерен непосредственно на bat-ТIках}
позволяя значительн.о упростить обслуживание оборудоваНIIЯ..
ЭТАПЫ l«()HC-fРУl'lРОВАН(/IЯ ArPErATA для КАЛАНДРОВАНI1Я 453
Такая конструкция привода позволяет обеспечить очень ши..
u 0I,.t u u
РОI{ИИ диапазон отношении окружных скоростеи, которыи может
понадоБИТhСЯ для улучшения смешения или передачи I(аландр')rе
u
1Vloro J1иста с одноrо валка на друrои.
п р 11 Л О )/(Е lf И Е A.
ВЫВОД УРАВНЕНИЯ rАСКЕЛЛА
При выводе уравнения fаскелла [уравнение (2)] используется
система коорДl1нат, приведенная на рис. 6,2. Вместо зазора между
валкаМJ1 ", в исходные уравнения входит расстояние от оси Х до
поверхности валка t. Величины t o , t 1 и t 2 соответствуют TeI'v1 же се..
чеНИЯl\i, что и h o , h} и h'2. Далее вводятся безразмерные перемен...
r-
ные с;, и ):
... . x/V2rt o . -+ V tjt o )
'fj = у / V2rt о
о V2t o /r
{А 1 ')
.
При выводе уравнения rаскелла используются по существ')'
те же пред.п.оложения, что и при выводе уравнения Ардичвили,
но единственное различие состоит в определении длиныl рабочеrо
участка валка, так как считают, что материал заполняет зазор
Между валками до сеч.ения t 2 , а не до сечения t o , как это прини..
лает Ардичвили.
По определению вязкости напряжение сдвиrа равно:
dv
't===
dy
(А2)
Далее из классической rидродинамики следует, что измене..
ние величины напряжения вдоль оси У можно описать ypaBHe
н ие!\1:
dr-c
.dy
dp
....
dx
(АЗ)
Дифференцируя уравнение (А2) и подставляя результат в
)7равнение (АЗ), имеем:
d 2 v dp
о..
dlI'6 ПХ
L.
(А4)
4.54
rл. \/1. l(АЛАНДРОВАНИЕ
... .
Дважды интеrрируя уравнения (А4)
v(t) . v( t) V, получим:
v V + 1 dp ( 2
2fJ. · dx У
при rраничных условиях
t 2 )
(А5)
Суммарный расход Q равен интеrралу от выражения vdy, Bp1
численному в пределах от t до +1. Интеrрируя уравнение (А5)
и подставляя t 1 вместо Q/2V, имеем:
: ; (1 t l /t) (А6)
Далее, если подставить уравнение (А6) в уравнение (А5), то
получим следующее выражение для определения средней веtJ'lИ-
u u
чины линеинои скорости течения материала в зазоре:
V 3у2
V 2 t 2 (1 t l /t) 1 + 3t l Jt (А7)
На основе простых rеометрических соотношений 10ЖliО пока..
зать, что
у + t + (t o + , у,2 х 2 )
(А8)
,
Разлаrая выражение под знаком радикала в ряд и отбрасыва51
члены высшеrо порядка, ПО..ТJучают:
у + t + (t o .t x2/2r) (А9)
Интеrрируя уравнение
для определения р:
Р 3fJ. V 1 -+ е 2 5Е i 3Е 2Е Е t--- ( 1
4/00 (1 + Е2)2 - I
Подставляя величины, взятые ,из уравнения (А9), а также
безразмерные переменные и о в уравнение (А6), находят:
dp 6f.LV Е2 ;i
с ......
dE /00 (1 + Е2)3
(AIO), получают следующее выражение
(А 1 О)
3 i) arctg + с (Аl1)
.
Значения постоянных 1 и С определяются из условий выхода.
Из уравнения (АI0) следует Что 1 должно быть равно E при
dp/d; . O Это условие собt<Т]юдается на выходе из зазора, в котором
напряжения сдвиrа отсутствуют и v . V. в этом сечении р о.
Поэтому из уравнения (А 11) величина С равна:
С (1 зr-2 )а rсt g t + (1 +3Ei) 1
I 1 1 + 12
( А 1 2)
Подстановка выражения (А12) в уравнение (Аll) дает уже
известное уравнение (2).
и'IИТЕР.А.. ТУР i\
455
.....................................- . ..
Jl И Т Е Р \ Т У Р ",4.
1. А r d i с }"1 V i I i G., АI1 Atte111pt at а Rational DеtеrI11iпаtiоп of l11e СаП-l
bering of Саlепdеr Ro1ls, Kautschuk, 14, 23 (1938).
2. А t k i n s о n Е. В., N а n е а r r о \V Н. А., Rheology and T11erITloplas
tics Trans. Plasties 1l1st. (Lопdоп), 19, 23 (1931).
3. В а g 1 е у Е. В., End Corrections iп tlle Capi11ary Flo\\/ of Polyethy1el1e.
J. Арр1. Phys., 28, 624 (1957).
4. В е r g е п J. Т., Analysis of Loealized Stresses in Dri11ecl Са1епdеr 1<011s 1
Р r ос. S ос. Е х Р t 1. S t ress . А n а 1., 9, J\i'9 2, 13 (1 952) .
5. В е r g е п J. '"r., s е о t.t G. \V., Pressиre Distribution in t11e Ca1el1der
ing of P1astie Materia1s, J. Арр1. Meehanies, 18, 101 (1951).
6. 1) е х t е r Р. D., М а r s 11 а 11 D. 1., Caleu1ation of R011 Sераrаtiпg
I "orces i n CaleI1deri ng а l1d J\t\i 11 i I1g of Р las ties J SPE J ournal 12, NQ 4, 17
(1956).
7. Е 1 е у о. о., Theory of R011iпg P1asties, 1. Са1с.u1аtiоп of Ro11 PressLlre 1
J. 1)01 у iner Sei., 1, 529 (1946).
8. Е 1 е)/ D . О., Т h ео r у о f R 011 i п g Р 1 as t i е s . 1 1. Т 11 er П1 а 1 Е f f ее t s , 1 Ь i d . 1, 535
(1946). _
9. F i n s t о n М. J Т11еrПlаl Efreets iп Ca1endering \liscous F1uids, J. Арр[.
М ее [1 а n i с s , 1 8 , 1 2 ( 1 95 1 ) "
10. G а s k е 1 1 Ro Е., Trle Са1еl1dеrlпg of P1astic Materials, J. Appl. Mecha
nies, 17, 334 (1960).
11. G о о с h К. J "' Designi пg В е t ter Ca1el1ders, ModerI1 Р I as tics 34, J\Jg 7,
165 ( 1957) .
1 2. G о о е h К. J . , Р r i v а t е е о In In II n i е-а t i оп.
13. Р а s 1 а у Р. R., Calendering of а \liseoe1astic Л\аtеriа1, J. Арр1. МеС[lа-
n ies, 24, 602 (1957).
14. S е а 11 о r R. С., Rol1 Вепdiпg Applied to Rubber and Plastie Ca1enders,
Аm. Soe. MeeII. Eng., Paper 2 56 A-176.
15. W h i t t о п Р. Wo, Computation of Force апd Torque in C01d Rolling Ьу
Modern Theory, J. Арр1. Mee11anles, 23, 307 (1956).
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. В r о \V П, J о s е р h, P1asties Са1епdеriпg , Types of Maehines and Layouts,
P1asties Progress, Lопdоп, 111iffe а. Sons, 1951.
2. G а r v i n G. S., Chap. XVI il1 Sеhi1dпесht, С. Е. (ed.), Po1ymer Preeesse
Ne\v York J Iпtеrsеiепсе pиblishers, 1пс., 1956.
3. J о h n s о n Ео Н., Chap. 1У in Seaman R. G. and Merri11 А. М. (eds.)
Maehinery апd Еquiрmепt fot RulJt)er апd Platics, vO[o 1, Ne\v York, India
Rubber \\70r1d, 1952.
4. J u k i е h М., Ro11 Вепdiпg . А Ne\\T Тооl for Сопtrо11iI1g Gage in Vinyl
Са[епdеriпg. Modern P1asties, 33, Ng 8, 138 (1956).
50 К u 1 g r е n Go V., Modern Са1епdеI" Proeessing EquipmeI1t, India Rubber
World, 120, 323 (1949).
6" Modern P1asties Eneyc10pedia, rееепt аппиа1 issues P1astics Cata10gue Corp.,
Bristol, Сопп.
7. S е а п о r R. Со, Ca1endering EL1Llipment апd The P1astics Iпdustrу Teeb
nica1 Papers, 12th Аппuа1 Nationa[ Тееhпiеа1 Сопrеrепее, '/01. 11, Soe.
P1asties Eng., Greenwieh, Сопп.
8. \\1 U е s t Е. F., Ca1endel"ing of \Tinyl Sheeting, Тес11пiеа1 Papers, 12th
Annlla1 Nationa1 Teehniea[ Сопfеrепсе, уо1. 11, Soe. Plastics Engrs., Green
\\/ ich, Conn., 1956.
r лава V f f
СМЕШЕНИЕ И ДИСПЕРrИРОВАНИЕ*
При переработке термопластичных материалов часто 11РИХО--
дится смешивать смолу с друrИl\1:И инrредиентами красителями,
11ластификаторами, наполнителями и пиrментами. В резу Т]ьтате'
смешения требуется получить механичеСКУIО смесь с очень paBHO
мерным распределение:ryr инrредиентов в смоле.
Процесс смешения развивался в резиновой- промышленности,
совершенно ЭМПИРflчески, а затем разработанная для резины Tex
нолоrия 'была перенесена в промышленность пластических масс
без каких..либо значительных изменений Усовершенствования в
u
теХlfолоrии смешения и конструкции смесителем проводились
за последние 10 лет в основном в области переработки термопла--
стов. К этому же периоду относятся первые попытки создания
теории процесса смешения.
Однако до настоящеrо времени' процессы смешения и дисперrи
рования являются наименее изученными стадиями обработки Tep
мопластичных материалов. Современный теоретический подход
к этому вопросу уже рассматривался в rлаве 111. Цель даННОl1
u
rлавы изучить с этих позиции основные типы применяемых CMe
сителей: вальцы, закрытый смеситель и ШПРИЦ"' fашину В тексте
не приводятся детальные описания оборудования для смешения
и дисперrирования. Однако автор надеется, что изложенный Ma
териал будет содеЙСТJ;30вать уяснению HeKOTOpы OClfOBHblX прин
ципов смешения и дисперrирования, в результате чеrо существо-
этой стадии обработки термопластичных материалов станет более
понятным.
Пр'оцесс. смешения
Как уже указывалось (см. rлаву 111), целью процесса смеше
ния является изменение первоначальноrо упорядоченноrо распре
деления компонентов в Macce В результате этоrо изменения Be
роятность Toro, что в любой точке этой массы будут находиться
частицы всех инrредиентов, увеличивается. Хотя это определение
.
.
* д. Т. Б ер r е н (J. Т. Eergen, М. S. Armstrong Cark. Сатрапу).
. Cl\1.EIl1EHJ/IE И )"{ИСПЕрrуIРОВ,-\НуIЕ
457
. ................. . - .....-
процесса смеПlения относится к частицам инrредиентов, оно MO
жет быть распространено и на концентрацию частиц в объемах,
u U
величина которых мала по сравнению со BCeJ1 массои материала.
Необходимо установить, как нужно деформировать ИСХОДIIЫЙ
l{онтинууrvl, чтобы получить заданное распредеLТJение вероятности
если диффузия и друrие беспорядочные перемещения молекул
отсутствуют.
Процесс дисперrирования
Дополнительные трудности возникают в тех случаях, коrда
между элементарными частицами возникаIОТ силы взаимодействия,
приводящие к ,их аrломерации. Для Toro чтобы такой ar ломерат
поддавался смешению, к нему нужно приложить определеННУIО
си.ТlУ. Изучен.ие процесса дисперrирования состоит в определеНI111
u
этих сил или напряжении.
Смешение и дисперrирование термопластичных материалов
Пр.и ИССJrедовании процессов смешения и дисперrирования
термопластичных материалов считалось, что эти материалы нахо..
дятся в жидком состоянии. Предполаrалось также, что течение
расплавов или растворов термопластов является ламинарным,
причем условия обработки очень далеки от области турбулент
Horo течения. Поскольку оrоваривается, что термопластичный
l\lатериал несжимаем, ero можно деформировать только в резуль
тате деформации сдвиrа.
Таким образом, процесс смешения термопластов это созда
иие в материале деформации сдвиrа, в результате которой про-
исходит преобразование первоначальноrо упорядоченноrо распре
u
деления инrредиентов в случаиное неупорядоченное распре деле..
ние. Мера этой неупорядоченности определяется при помощи
какой нибудь шкалы сравнений. Кроме Toro, смешение обычно
u
усложняется возникновением сил взаимодеиствия между части
цами инrредиентов. Поэтому наряду с процессом деформации He
обходимо рассматривать и возникающие при этом напряжеНIIЯ.
.. Современная теория смешения и дисперrирования
За последние rоды в разработке основных положений процес
са смешения были достиrнуты значительные успехи 1 , 8,17,19,26,
Однако до настоящеrо времени применение этих ПОLТIожений не
получило широкоrо распространения, за исключением 'анализа
работы некоторых простых типов экспер иментаЛhНЫХ сrvlесителей I
а также червячных шприц маШIIн20.
458
rл. VII. СМЕШЕfII/IЕ 1/1 Д1IСПЕрrIIРОВАНИЕ
......... ......
Что касается процесса дисперrирования, то этот процесс I{ЗУ"
цен еще меньше, чем смешение. Первая статья, в которой pac
сматривалась эта проблема Я , появилась сравнительно недавно.
11меется большое количество эмпирических данных о смешен II 11
11 дисперrировании твердых материалов в каучуках и пласти
чеСIСИХ 1\1атериалах4 6, 15, 16, 18,21,24,25, однако выводы большин
ства этих работ не выходят за ]JаМI{И изучавшихся систем.
Теоретические положения
Смешение при ламинарном течении
Cor"ТIacHo рассмотренной в r 1aBe 111 теории смешения, Дtlriя Toro
чтобы смешать первоначально упорядоченную или изолированну'ю
систему из двух компонентов, необходимо подверrнуть ее дефор...
мации сдвиrа.
Цеt,rIЬ этой деформации сдвиrа . перемешать систему TaI{, чтобы
опредес,ТIенная статистически вариация любых свойств ряда об
разцов, .отобранных из этой системы, была l\1инимальна и в пре
де.ле стремилась к нулю. Процесс деформации сдвиrа обобщен,
Т. е. не оrраничивается l(аким либо частным случаеI\-1 дефор
rvlации сдвиrа или определенным видом смесителя.
Общая теория смеше.ния П03ВОJlяет сформулировать три OCHOB
ных принципа:
1. Поверхность раздела компонентов должна сильно увеЛlf-4
чиваться при смешении.
2. Элементы поверхности раздеJIа должны быть равномерно
u u
распределены по всеи смешиваемои массе.
3. Компоненты смеси должны быть распределены так, чтобы
в .Тlюбоrvl элементе объема относительное содержание компонентов
было таким же, KaI{ и во всей системе..
Очевидно, что первое и второе условие требуют, чтобы .для
.пюбоrо KOHKpeTHoro процесса смешения или определенноrо смеси
теля были известны уравнения rидродинамики, полностью описы
вающие картину течения. 11сходя из этих условий, м.ожно сфор--
му"Т}ировать следующие требования к процессу смешения:
1. Оптимальные результаты дает такая первоначальная ориен
u
тация поверхности раздела компонентов, при которои поверх..
ность раздела располаrается нормально по отношению к ЛИНИЯ 1
тока внутри смесителя..
2. Все линии тока должны ПрОХОД IТЬ через область (или об--
&пасти) максимальной деформации сдвиrа.
3. JV\асштаб сравнения (или шка.ла Данквертса 8 ) должен БыlI))
веЛИI( по сравнению с окончатеЛЬНЫIVr размером частиц.
TEOPETl/1 Ч ЕСКуI Е ПОJI0ЖЕНvI Я
459
В да.пьнеЙlllем в настоящей r.TIaBe рассмат.риваются УСfТIОВJrIЯ
течения и характеристи!{и процесса деформации сдвиrа в He
скольких наиболее широко распространенных типах смесителей.
Оценка технолоrических возможностей и степени совершенства
каждоrо смесителя дается на основе сопоставления протекающеrо
в нем процесса с ИД,еальным процессом смешения. Сравнение про
flЗВОДИТСЯ в соответствии с у'I<азанными выше требованиями.
Оrраничения, определяющ.ие область применения теории
смешения
,
Поскольку существуrющая теория смешения носит обобщенный
характер, неоБХОДИI\10 И[\/1еть nредстаВсТlение о rраницах ее приме
нения к реальным П"ТIастмассаI\1: }l конкретным смесителям. Сле--
д)/ет указать слеДУЮll_ ие OCHoBllhIe причины, оrраничивающие
оБJIасти ее применения:
1. Теория смешеНIIЯ ПРl'II\'lеНI/Iма к идеаt-ТIhНО вязким (ньюто
новским) материалам, течеНllе KOTOpbIX cTporo описывается )'рав"
u
нениями rидродинамики ВЯЗI(ОII ЖИДН:ОСТИ, в то время как pac
11 laBbI цолимеров не подчиняются за ICOHY Ньютона (вязкоупру-
rи, пластичны и т. д.). O/ HaKo I\ ачественные представления,
справедливые для идеаЛЫIО вязких систем, способствуют пони..
l\lанию процесса смешения реальных материалов.
2. Предполаrается, что !\Iежду частицами не С)7ществует BaH
дер ваальсовых или I(аКИХ JIибо иных сил взаимодействия.
3. Предполаrается, что первоначальная ориентаЦIIЯ инrре
.
диентов определена, в то время IcaK на практике она почти никоrда
не известна
4. Процесс смешения считается изотермическим. CTporo rOBo
u
ря, это предположение не соответствует деиствительности, так как
вязкость большинства п,пастмасс достаточно высока, и поэтому
при смешении рассеивается значительное количество энерrии.
Вследствие этих оrраничений нельзя воспользоваться сущест
U u U
.вующеи теориеи интенсивноrо смешения для строrои количествеН60
ной оценки реальных процессов. Одним из основных препятствий
на пути к широкому применению теории смешения в промышлен--
u
HOll технолоrии является отсутствие методов математическоrо опи...
сания реОtJТjоrическоrо поведения peaJ1bHblX пластических материа...
.10В. rидродинамические уравнения, описывающие течение в сме-
сителях, также носят очень СJIОЖНЫЙ характер, и то"Т]ько В HeMHO
flIX случаях удалось получить их ре.шение.
Однако использование качественных и частично количествен
HblX представлений способств)тет L1)'тчшему пониманию существа
rl J()ILcCCa смешения.
460
rл. VII. СМЕШЕНИЕ yI ДlIСПЕрrИРОВАНИЕ
---
Определение степени смешения
Поско..пьку основным критерием оценки смешения i'flатериа па
является степень смешения, ниже рассмотрены методы ее ОПl)€....
делен ия.
Методы детаtJ1ьноrо описания С!\1еси были разработаны ДаНl "
вертсом 8 и Лейси 17 . Эти авторы оценивали качество смеси, сопо
став.ПЯЯ среднеквадратичное отклонение содержания инrредиента,
вычисленное для I{онечноrо числа образцов, от среднеrо значения.
Пр!l этом размеры образцов зависят от длины, объема или площа..
ди поверхности частиц) которые хараl(теризуют смесь И,JIИ ее свой..
ства. Так, если таким свойством является цвет (смешение всеrда про
исходит в результате деформации сдвиrа, а не диффузии) и Mepol I
однородности цвета является зрительное впечатление, характе-
ристической длиной является разрешающая способность rлаза
(около 0,025 .мм). В этом случае смесь с ИДеальным распределе
нием инrредиентов не должна иметь разноцветных полосок, тол
щина которых превышает 0,025 мм. Если для определения ЦBeTO
вой однородности использовать Fпектрофотометр, СУММИРУЮЩИlf
данные по площади Kpyra диаметром 25 мм, то вследствие ero
меньшей разрешающей способности толщина отдельных цветных
полос может достиrать 2,5 мм. Поэтому оценка по цвету любых
образцо.в, для которых толщина полос укладывается в этот пре..
дел, может оказаться одинаковой- Разрешающая способность
rлаза или спектрофотометра, а следовательно, и характеристиче
ская длина, зависит и от Toro, насколько сильно отличаются по..
.
лосы по цвету друr от друrа.
Существующие способы определения степени смешения ДOCTa
точно разнообразны. В производственной практике применяются
u
визуальное определение цветовои ОДНОРОДНОСТИ t сравнение по
цвету, а также осмотр смеси с це.пью выявления нераспределен
ных включений наполнителя или смолы. Хотя такая оценка и HO
сит очень субъективный характер, она широко используется при
различны х исследованиях 15 , 16, 24. Нередко степень смешения
u
оценивают по изменению физических своиств, таких, как llредел
прочности при растяжении, модуль или плотность 24 . Очевидно,
что эти свойства зависят от р яда побочных явлений (дестр укция
u u
полимера, изменение, своиств смеси под воздеиствиеrvI тепла
и т. п.), сопровождающих процесс смешения. Следовательно, опре
u
де ТIение величины изменения своиств смеси не дает точноrо пред
ставления о процессе смешен ия.
Д"Т]Я определения степени смешения можно замерять измене...
ние реолоrических свойств 19 , реакционной способности!7 и элек
тропроводности 27 . Последний способ опенки степени мешения
яв.Л яется, по видимому, наиболее перспеl{ТИВНЫМ.
.
ОБОРУДОВАI1ИЕ для СМЕШЕНИЯ И ДI/IСПЕРrИРОВАJ1ИЯ 461
..
Некоторые авторы пытались использовать в ] ачестве l рите",
рl-IЯ степени смешения величины электростаТI1ческих зарядов, воз-
никающих в резине при смешении ее с твердым наполните,ТIе:rv1 13 .
Единственным прямым способом оценки степени С .1ешения яв
..1яется предложенное в rлаве 111 опредеv'lение средней толщины
полос. Однако для замера этой величины требуются опреде.п:енные
ус !(овия, и предстоит проделать еще емаJlУЮ работу, прежде чем
этот способ оценки получит широкое распространение.
Таким образом, в настоящее время не с уществует ни общепри-
нятоrо критерия оценки процесса смешения, HII широко примени
мой методики оценки степени смешения. ПОЭТОМJ каждый част...
ный случай следует оценивать, исходя из основных .особенностеfl
подверrаемоrо смешению материала, а также учитывая специфи..
к)' свойств, подлежащих контролю, и необходимую степень точ"
ности оценки.
Оборудование, применяемое для смешения
и дисперrирования
Машины, применяемые для смешения и 'дисперrирования тер..
мопластичных материалов можно разделить на три rруппы: валь-
ЦЫ, закрытые смесители и шприц машины.
Ва.JIЬЦЫ обычно состоят из двух параллельных валков, вра..
щающихся в противоположные СТОРОНЫ, причеl\l оси валков ле
u U
жат воднои rоризонтальнои плоскости, а между их цилиндриче-
скими поверхностями существует небольшой зазор. Блаrодаря
трению между поверхностью валков и находящимся между ними
материалом последний затяrивается в зазор и, деформируясь, те..
чет в направлении вращения валков. Если одновременно с TepMO
пластичным материалом в зазор вводить пластификатор или тща
тельно измельченные твердые инrредиенты, то они будут сме..
. . .
u u U
шиваться со смолои за счет происходящеи в зазоре интенсивнои
деформации сдвиrа.
Обы.чно соответствующей реrулировкой температуры валков
можно добиться Toro, что вальцуемый материал будет пр илипать
к одному из валков в виде сравнительно TOHKoro листа. Валки
изrотовляют полыми и подают во внутреннюю полость HarpeBaIO"
щую или охлаждающую среду. Валки обычно вращаются с раз..
личной скоростью, так как это облеrчае'т образование слоя laTe"
риала на одном из валков. При смешении с валка время от BpeMe
ни срезают ленту материала, а затем вновь направляют ее в за-
зор. Величину зазора между валками можно реrулировать при
u
помощи винтов, приводимых В деиствие вручну ю ис,ТIИ от электро"
двиrателя.
462
r /1. \' 1 r, с 1'. \ ЕШ Е HyIE 1-1 ДИСI lEP rи РО BAHyI Е
в промышленности Ilрименяются вальцы самых раЗJIИЧНhIХ
рсlзмеров, начиная с небольших лабораторных машин с диаметром
Ba }1Kt1 около 25 )vlM, I\.fОЩНОСТ'Ь пр ивода которых не превышает
1 K8fn, кончая оrрО1\1НhIМИ вальцами с диаметром валков до 900 A-tА-'l
С l\10ЩНОСТЬЮ ПрИ80да, достиrающей 73 квт. Типичная промыш"
леНIfая двухвалковая машина показана на рис. 7,1.
Для специальных це.1Jей применяют вальцы с тремя, четырьмя
и да}{{е пятью ваиТIками, в которых l\lатериал последовательно пе
реходит из одноrо зазора в друrой. Валки можно расположить
попарно (до четырех пар), причем зазор каждой пары реrулирует
Рис. 7.1. Двvхвалковые С 1есите.)lьные вальцы.
ся совершеIIНО незаВИСIIМО. Перерабатываемый материал перете--
кает через установленные друr под друrом па ры валков. При
подобном расположении валков образуется каскадная схема He
прерывноrо смешения
ЗаКРЫТЫlf смеситель предстаВ"ТJяет собой цилиндрический pe
зервуар или корпус, внутри KOToporo вращаются лопасти ИЛ I
роторы, деформир {ющие смешиваемый i\fатериал. Обычно корп)-rс
состоит из дв JTx ЦII.ч индр ических камер.
Зазор между' кромкой лопасти ротора и цилиндрической CTeH
кой корпуса hebeiII-IК. Прll движении лопасти находящийся в
этом зазоре l\lатериал подверrается деформации СДвиrа. Кроме
Toro, между са!\лиМи лопастями существует сложное взаимодейст
вие, в реЗУе.ТIьтате Koroporo потоки материала сталкиваются и пе
ремешиваются. С!vlешение дополнительно усиливается вследствие
винтовоrо раСПОt>Т]ожения .лопастей, обеспечивающеrо перемеще..
ОБОРУДОJ3А[ 1ИЕ ДЛЯ СlV\.ЕШЕНi"IЯ 1/1 ДJ,IСПЕрrvIРОВ)\НI/IЯ
463
иие массы в продольном, параллельном оси роторов, иаправ Т]ении
Нередко лопасть состоит из двух винтовых участков, направлен..
ных в противоположные стороны. При ЭТОl\1 перетирание инrре
диентов еще больше интенсифицируется.
Корпус и роторы имеют полости Д,ЛЯ ОХ.1аждения или Harpe..
вания, что позволяет реrулировать температуру смеси.
Наиболее распространенным заКРЫТЫI\1 С1\1есите.тrем является
смеситель Бенбери, показанный на р'ис. 7,2. T этоrо смесителя
Рис. 7,2. Закрытый смеситель Бенбери в разрезе.
лопасти ротора имеют эллиптическое сечение и вращаются внутри
закрытой камеры.. После заrРУЗI{И смеси камера закры ается
пневматическим верхним затвором. Верхний затвор удерживает
материал внутри камеры смесителя, способствуя попаданию CMe
\JI
шиваемоrо материала в зазор между KpOMKOII 10пасти и корпу'"
сом, т. еа в ту область, rде rрадиенты скорости максима.тrьны.
Подобные смесители MorYT иметЬ различные размеры: от ла
бораторных моделей емкостью 1 К2 И мощностью привода около
7 квт до машин емкостью около 45 60 К2 и мощностью привода
до 75 квт.
464
[ JI. \'[1. C;\'\ElIIEHl-1Е lt ДИСПЕРrИРОВАНИЕ
......J'""" (-...............-
Иноrда лопасти де,}lают не эллиптическими (СМ. рис. 7,2), а
Z образными. Существ)rют и друrие формы лопастей (в виде
«рыбьеrо хвоста) и т. п.). Подробное описание конструкций за...
крытых смесителей читатеt.ТIЬ может найти в работах Куил.т[ена 21 ,
а таl(же в l{ниrе СII 1эна и'.Меррилла 23 .
РI1С. 7,3. ЗакрытыЙ с!\леситель Бенбери, установленный над
. дrзухвалковыми ва.льдами. .
Из закрытоrо смесителя rОТQВУЮ смесь обычно выrружают в
виде больших, бесформенных кусков. Иноrда очень 'удобно листо
вать эти куски 1-1 а устаНОВ.,Тlенных под смесителем вальцах, которые
одновременно обеспечивают дополнительное смешение и диспер
rирование. При этом смеситель и вальцы работают по каскадной
cxe 1e (рис. 7,3).
466
r v1. \' 1 r. CMEU.1EHl'IE И ДИСПЕРrИРОВАНИЕ
u
К 1ИН I\латериала, которыи одновременно сжимается и прота&lrrН:11 '
вается через зазор между валкаI\rlИ. Находящиеся на раССТОЯНtlll
2hu Д )уr от др уrа валки раДИУСО!vl R вращаются со скоростью Ll.
ТО !Iщина клина на входе равна 2h L и на выходе 2111. rидродина ,
мичеСI{ая теория этоrо процесса была разработана rаскеЛJIОI\1: 11 ,
u
KOTOpbllf показал, что .JIИНИИ тока получаются при интеrрирова
НIIИ уравнения функции тока:
и
J
.
.
t . U dy
(1 ).
.
х
rде '1
u
линия TOI{a (.f const);
компонента скорости в
направлении оси' х;
v , компонента скорости в
направлении оси у, оп-
ределяется из уравнения
неразрывности:
.
. ...
"
и
Jujax + Bv/ay О
I
Рис. 7,4. rеО7\1етрия двухвалковых
вальцов.
Если воспользова'1ЬСЯ без..
размерными переменными [ac
келла и YJ, rде
1 ; yj . y/V2Rh o
+ Vh/ho
(2)
1""
...
.
x/V2Rh o
то скорость в направлении х определится по уравнению
u
ЗU
2
Е?
(1 + Е 2 )311
4 2 I 2 Е2 + 3Ei
02 3( 1 r E 2)
(3)
,
rде l значение величины на в ыходе из зазора, а (}
ская постоянная, равная V2hol R. .
Под станов к а уравнения (3) в уравнение (1) и
интеrрирование ero при rраничных условиях (9
и v= О) дает:
rеометриче...
последующее
О при ll O
.jJ Uhl,Yj
"-
о
4 2(;2 i) 2 + 3E Е2
... о2( 1 .I 2)3 + . 1 + 2
(4)
ЕС lИ нанести на rрафик значения ряда величин и " , то по
(lr:IУЧИТСЯ схема .пиний тока, показанная на рис. 7,5. Из рисунка
видно, что вблизи поверхности валков ма ериал течет БОL' ее
ОБОРУТLОВАНИЕ ДЛЯ СN1ЕШЕНJ/IЯ J/I Дl'IСПЕРrl'IРОВАНI'IЯ 467
И,,1If rvleHee параллельно им, причеl\1 сама поверхность Ba.TIKa яв-
.4tТ"lяется линией тока. В центре района, расположенноrо в нача tJ 1е
,ДВlfжущеrося клина, набrJ1юдается противоток. Для слу.чая КJIина
конечной величины этот противоток имеет вид двух замкнутых
завих рений это вращающийся запас материала, который можно
.наБJlюдать на валках с ()дной 11 той же окружной СКОРОСТЫО.
J /
. '
1
,
j
.
.
..'-
.
1'==0
..
....
..fJE....... .
х
... ....
..... " .;q -
.." - . ."I!o--.
. .
.' ' . ... . .
.. -..........
" . "',..- '. ....
. .
\,
I
Рис. 7,5. Линии тока в зазоре двухпа.1КОВЫХ вальuоI3 прн одннаI":ОНЫХ
окружных Сi(ОРОСТЯХ валков.
ll\1атериал, выходящий из зазора, прилипает к одному из вал..'
I(OB, вращается вместе с ним и снова со.прикасается с участком
Iслина, на котором происходит KpyroBoe течение, чтобы ПОТО '1 вновь
поступить В зазор.
19
х
l'
I
Рис. 7,6. rрафНI{Н скорости в зазоре двухвалковых вальцов
при одинаковых ОI<РУЖНЫХ скоростях валков.
. Показанное на рис 7,6 распределение скорости получается
при нанесении на РИСУIIОК значений уравнеflИЯ (3), вычис"rrенных
Дс,1Я р яда вели чин ) -rде .l определяется из выражения
1 V Q/2h o U . С для Типичноrо значения Q (СМ. При. тю жени е к
[,,1. Vl). Из рассмотрения рис. 7,6 совершенно очевидно сущест
вование противотока. В сечении, расположенном выше по тече
НI1Ю относительно точки 1) центр клина движется в том же Ha
праВtJfJении. что 11 материал у поверхности валКОВ. .За точкоii 1
30*
468
r.;1. VII. СN1ЕШЕНИЕ у! Д IСПЕРrИРОВАfIИЕ
.... ...
-материал в центре потока начинает опережать материал, лежа...
u
щии у поверхности валков, но при 1 скорости снова выравнива
ются и процесс ва.льцевания заканчивается.
На основе распределения скоростей, показанноrо на рис. 7 ,6
1\10ЩНО представить картину деформации материала при ero про..
хождении через зазор ме)l{ДУ валками.
Напряжение сдвиrа определяется уравнением:
6 И t"'2,..2
r 1.. :; 1
't ) ydp/clx iho Yi (1 + E2)
(5)
rде вязкость !vlатериала. 11
1 аким образом, 't О при Тj(y) . о и линейно увеличивается до
М(lксимальноrо значения у поверхности валков. На рис. 7,7
, показано распределение макси
Mav1hHoro напряжения СДВllrа.
Симметричное вальцевание
как процесс смешения. l"ожно
воспользоваться уравнениями
rидродинамики, описывающими
условия течения в зазоре меж--
u
Z,D 2,5 ду вр ащающимися с одинаковои
скоростью валками, для Toro
чтобы рассмотреть процесс
вальцевания с позиций общей
теории смешения. .
1. Для части материаJlа rlo....
верхность раздела увеличивает-
ся при вальцевании очень Meд
ленно. На рис. 7,5 линия тока
o образует замкнутый кон..
с-'
тур, каторыи проходит в зоне
противотока через область с очень небольшим rрадиентом CKOpO
сти. За точкой застоя rрадиент скорости для f О равен нулю.
Таким образом, для этоrо случая поверхность раздела в одной
части материала увеличивается значительно медленнее, чем
в материале, находящемся на линиях тока, которые Проходят че..
рез области высоких rрадиентов скорости.
2. Элементы поверхности раздела не распределяются по всей
массе. Как только поверхность раздела ориентируется вдоль Ha
прав лен и я линии тока, она перестает изменять CBOIO ориентацию,
u
так как течение поперек ЛI1НИИ тока отсутствует.
3. Существование замкнутых линий тока, а также отсутствие
заметноrо течения вдоль оси z параллельно образующим ваЛI<а
является причиной HepaBHoMepHoro распределения элементов объ
5
l'W
a5
,
о
0,5 O
/5
J
о,б
Рис. 7 t 7. Распределение маКСИlvlаль...
Horo напряжения сдвиrа в зазоре
l\1ежду валками при ОДИIlаковых 01('"
ружных скоростях валков.
ОБОРJ';:{ОВАНИЕ для СЛ'lЕШЕНИЯ II ДИСПЕрrИРОВА lИЯ
.... . b....
469
..............
ема в массе материала. Даже если преДПОЛО)l{ИТЬ, что вдоль оси
валка компоненты распо.пожены совершенно равномерно, учиrrы '
вая предыдущее условие, в смеси всеrда остается часть неразру '
. u
тенных поверхностен раздела.
. Таким образом, симметричный процесс ва/lьцевания не ПРfI..
водит к удовлетворительному распределению инrредиентов.
НеСИ1\1метричное вальцевание как процесс смешения. Выше'
рассматривались симметричные вальцы, у которых скорости и
температура ваеПКОВ одинаковые. При этом не которая часть мате...
риала, проходя через зазоры, не. подверrалась смеситеЛЬНО1\1У'
воздействию На практике для увеличения интенсивности сме..
шения, скорости и температуры валков намеренно делают раз
J1ИЧНЫМИ,. Уравнения, описывающие течение в зазоре между вал
ками, вращающимися с различными СКОрОСТЯ1\1И, можно получить,
II0ЛЬЗУЯСЬ методом rаскелла. Единственное различие состоит в
том, что двойное интеrрирование Jт},авнения (3) ПрОИ3ВОДIIТСЯ.
в пределах
u (h) U 1 > U ( h) = U 2
В резул ьтате получается слеДУfощее выраЖ€Ifие:
3Ufl Е2 4y 2 + 2 2 + з f + 4л'
u 2 (1+e2)3'D2 3(C+ З о (1+е 2 )
(6)
r де и о (и 1 + U 2) /2 и л
и 1 '2
.ll'Ь..
2и о
Ilри выводе этоrО уравнения
= 2U o h 1 , таким образом:
з и о (h
вновь предполаrалось, что Q .
11 ) I h 3
1 I
Напряжение СДВI1rа
'i"
....
определяют из следующеrо уравнения:
dp 61J-U о r, (е 2 i2 + ЛО
у dx oho (1 + Е2)3 6( 1 + 2)
(7)
Если сравнить уравнения (6) и (7) с аналоrичными уравне-
ниями (3) и (5), относящимися к процессу вальцевания на сим-
метричных вальцах, то видно, что в правой части обоих урав..
IIJ
пения для несимметричноrо случая появились дополнительные
чл,ены. С появлением этих членов симметричность распределе..
ния напРяжения и .профиля CKOpOCTII нарушаются (рис. 7, 8).
Уравнение линии тока, которое определяется так же, как и для
вальцевания без фрикции, имеет вид:
.1; !/i,hO"l] 4"1]2 ( 2 " ; ) I 2 + З i :;2
I О О (l J 2)3 r 1 2 [
2лт
I
30( 1 . 2)
(8)
47()
Т'Л. VII. СfvlЕШЕН1'IЕ I ДI/IСПЕРrИРОВАНИЕ
.
I з уравнения (8) следует, что существует заМКНутая линии TO
ка 'f о при тj o. При этом область противотока смещается к
u u
Ba"rrKY с меньшем окружнои скоростью.
Очень важно, что в данном С ТIучае за точкой застоя Лl1НИИ тока
проходят через области определенной деформации сдвиrа, и по
сравнению с симметричныIM вальцеванием сдвиr материала увели
чивается. Т аким образом, подтверждается правильность приме..
u 'u
нения для смешения валков, вращающи.ХСЯ с различноя окружнои
скоростью Однако и для этоrо случая линии тока остаются зам
u
кнутыми, и даже вальцевание при различном скорости валков не
/1
х
Рис. 7,8. ЛИНИИ потока в зазоре двухвалковых ва.аьцов
при различных окружных скоростях валков (отношение
скоростеЙ BaJIKOB 1122: 1).
-'
отвечает треоованиям, предъявляемым к идеальному смесителю,
u
так как ориентированные вдоль L7JИНИИ тока rIоверхности раздела
будут сохранять свое положение.
Практические приемы работы на двухвалковых вальцах. До
сих пор процесс смешения при вальцевании рассматривался как
идеальный процесс, причем следующие два обстоятельства значи-
тельно' снижали ero достоинства: это существование замкнутыlx
u
линии тока и отсутствие перемещения материала вдоль оси вал
ков. На практике для устранения этих недостатков применяют
'подрезку материала. Ва.;1ЬЦОВЩИК срезает с валка полосу смеси
и складывает или сворачивает ее, а затем вновь пода т в зазор
в друrом месте валка. При этом нарушается замкнутость линий
тока и обеспечивается перемещение материала в напраВtJТIении
оси z. Если повторять эту операцию достаточно часто, то достиrает--
ся статистически неупорядоченное распределение материала и масса
перемешивается, причем статистически большое число поверхнос
тей раздела подверrается относительно большим деформаЦИЯI\I
сдвиrа и распределяется paBHolVlepHo. Таким образом, при валь
u
цевании на двухвалковых ваЛЫLах подрезка является важнои
частью процесса.
Если попытаться применить вальцы в качестве смеситеJIЯ не--
прерывноrо действия, то для Toro, чтобы разорвать заМI{н)т'rые
ОБ()РУДОВАrI lЕ для С "'lЕШЕrIl-rя и дr.'lСПЕРrvlrОВАНИЯ 471
r
JIИНИИ тока, по--видимому, придется установить дополнительные
приспособления для подрезания материала.
До сих пор считалось, что смешиваемый !vlатериал представ
ляет собой ньютоновскую жидкость. Практически это каучук или:
пластическая масса, реОJlоrическое поведение которых носит очень
с Т]ожный характер. Дать детальное rl1дродина1\1ическое описание
вальцевания TaKoro сложноrо материала невозможно, не распо
лаrая ero реолоrическим уравнением состояния. Но даже при Ha
личии TaKoro уравнения математическое описание процесса очень
затруднено 1О . Однако изложенные выше качес'твенные соображе...
ния MorYT быть дополнены численными данными, показывающими,
что этот подход можно применять для решеНIIЯ практичеСI{ИХ
задач.
Для получения заданноrо распределения твердоrо наполнителя
в пластической массе нередко требуется не только подверrнуть
систему определенной деформации сдвиrа, но и преодолеть BaH
дер ваа ТIЬСОВЫ силы взаимодейс rвия между частицами. Диспер...
u с
rирования не произоидет , если напряжение сдвиrа, воздеИСТВУIО"
щее на любой аrломерат частиц, меньше не которой ве/Iичиныl' не..
обходимой для преодоления сил их взаимодействия.
Очевидно, что определяемое по уравнению (7) напр яжен tl
сдвиrа зависит от нескольких параметров !-1, и о , ho, a ' V 2ho/ R и
'л, являющеrося функцией раЗНОСТII окружных скоростей ваЛI{ОВ.
Заключенное- в квадратные скобки выражение величина безраз
мерная, и поэтому при постоянной величине }, оно одинаково для
вальцов всех размеров. Следовательно, на величину напряжения
сдвиrа будут влиять следующие факторы: , и о , R и ho. Величина
't будет увеличиваться пропорционально Rl/2 и h 3/2, т. е. при YBe
.
личении радиуса валка напряжения сдвиrа будут медленно воз
растать; при умеНЕ.шении зазора между валками 2ho они буду'т
ВОЗ Р аст ать HaMHoro быстрее.
. 11нтеrрируя напряжение сдвиrа по всей поверхности валка,
ivfОЖНО опредеt/Т]ИТЬ веЛИЧIIНУ крутящеrо момента, приходящеrося
н а един ицу длины валка:
х
L
о
21\ ( 1
3 +
Y) (arctg E L + arctg e I ) +
.,. 3!-L U ()R
т
R 't ( -+ h) dx
Xl
( .. + ""'2 ,.. + ,"2
t;1 (;1 L 1 '; L 1 Е,) ,
+- 1 + El J
(9)
Полаrая, что для данноrо значения л заключенное в фиrурные
скобки выражение постоянно, можно ПРИНЯТЬ, что крутящий 1\10"
.
472
r л \:-11. Сl\\ЕШЕНI1Е 11 ДИСПЕРrИРОВАНИЕ
.
ме.нт также является функцией ho, R, 1 И и о . Экспериментальное
опреде.т[ение заВИСИ!\1:0СТИ крутящеrо момента от и о показывает) что
u
крутящии момент, так же как и распорные усилия, по существу
не зависит от окружной скорости 2 . Это, по видимому, объясняется
u
тем, что в диапазоне применяемых на практике значении окруж",
ных скоростей валков произведение p U о остается для данноrо тер...
l\:lопластичноrо материала постоянным
АналоrИЧIIЫМ образом для применяемых на практике значений
'зазора ho остается ПОЧТуl постоянным отношение толщины r-ТJиста
К зазору между ва.ТIками I1Jlh.o, а С.ТIедовательно, и 1. Поскольку
максимальное напряжение сдвиrа действует в сечении. ho, урав-
..неНIIЯМИ (5) ТI (7) можно пользоваться для моделирования работы
"Ilромышленных вальцов на основе данных, полученных при валь-
цевании на лабораторных вальцах.
Основные проблемы вальцевания термопластичных материа..
.лов. Равные напряженu.ч сдви2а. При смешении пластичных мате..
рl-lалов в лабораторных условиях часто приходится определять
условия вальцевания для вальцов БQльшоrо диаметра, чтобы обе-
.спечить на этих вальцах ту же самую степень смешения.
I иже ПРI1ведены технические характеристики лабораторных
и промыlленныыx вальцов, на которых производилось дисперrи-
.рование твердоrо наполнителя в термопластичном материале.
В а л ь Ц ы раз м е р о 1\J 1 52 Х 355
Диаметр валка (2R'), Л1М . . . . , . . . . . . . . . . .
ш и р 1 r н а л и с т а (W 1) W..И . . . . . . . . . . . . . . . . .
"'f ол Щ и н а л и с т а (2h L) J ,W А! . . ., ..........
Теi\fпература на поверхности вала 1"0 .QC . . . . . . . . .
Окружная скорость переднеrо валка (и'1)' СМ!.IИUfl.. . . . .
Средняя окружная скорость валка (И' о), С.А1./МИН .. . . . .
ВелиЧина зазора между наЛJ<амп ( 2h o), мм . .. . 8 . . . .
152,5
305
1 ,8
24
1140
1020
1,27
в а л ь ц ы раз 1\1 е р о f.tt 508 Х 1 525
Диаl'.Iетр валка (2R".), МА! . . . . 8 . . .. .. . . . .. . . .
Окружная скорость переДНеrо валка [/"1' с.м/Л1UН . . . . 8
Средняя окружная скорость валка и"о, СМ/МИН .. . . ..
ШИрНН а листа (W") ..Ч.Jl . · . 't 8 .. .. . . . . .. . . . . .
508
1900
1670
1500
в уравнении (7) переменными величинами являются l' ho,
.R, и о , t.L и ).108 Как указывалось ранее, произведеl111е р..и о постоянно
,и размеры 1абораторных и прОМЫшленных вальцов (R' и R")
известны (rде один 11 два штриха соответственно обозначают l\1:a..
пь е и БО.Jlьшие вальцы).. Ве"ТIичина 1 по существу одинакова Д"Т"IЯ
а
..
ОБОРУДОВАНИЕ для С!v\ЕШЕНИя И ДИСПЕрrИРОВАI,:УIЯ
111 aI
473
вальцов всех размеров. Поэтому' расстояние между валкаI\1И 2ho
оказывается единственной переменной величиной. Предполаrа
ется, что величина фрикции для обоих альцов одинакова.
Более Toro, опыт показывает, что отношение толщины ваЛЬЦу1
eMoro материала на входе в зазор 2h L к величине, зазора 2/10 при
одинаковых условиях вальцевания для данноrо материала праl( .
тически постоянно. Это позволяет рассчита!ь величину крутяще...
ro момента и мощности привода по данным, полученным при
вальцевании на лабораторных вальцах.
Из уравнения (7) следует, что максимальное напряжение сдви"
ra возникает при o О и 'lj 0/2:
,
бр..U(j
't шах ---: ho
(
..
) + O _
Зи.U
! ()
.h
о
л.
ry
;....
T
или после преобразования:
rлах {3t.l U 0(/,/2 T)] 1
1
h'
о
1
h"
о
т акиrvl образом, ho 11 , Т. е. для получения на разtlhlХ вальцах
одноrо и Toro же максимальноrо напряжения сдвиrа зазор между
валками должен быть одинаковым.
Равные mемпера/'nуры CMeCll. Предположим, что треб 'ется BЫ
брать такую температуру поверхности валков промышленных
u
вальцов, при которои средняя температура заrружаеl\1Iоrо материа--
ла и теrvrпература материала на лабораторных ва пьцах будут
одинаковы. Дополнительные экспериментальные сведения, кото..
рые необходимы для опредеJrения температуры поверхности валка,
это средняя температура материа ТIа на выходе из зазора лабора--.
торных вальцов. В данном случае температура материала paBfla
65,50.
tIтобы определить температуру поверхности валка, Необходи....
мо приравнять количество тепла, выделя;ющееся в результате..
вязкоrо трения, к количеству тепла, передаваемому валку листом.
за счет температурноrо перепада, и затем вычислить этот перепад.
Величина рассеиваемой в рез'ультате вязкоrо течения энерrии
равна произведению крутящеrо момента на уrлов)'!о скорость вра...
щения валка. Из уравнения крутящеrо момента- (9) следует:
q 21CNoT . 121tiJ. oRNo [f( l' e L )]
rде q мощность или ИIIтенсивность диссипации энерrии на еди
ницу длины валков при среДIlей скорости вращения валка N о".
474
r .П. V 1 1. Сl1\Л Elll Eff 1/1 Е 1.1 ДI-'lсr1Е pr 11РОВАНИ Е
..............."""""""""'1
поскольк)r ранее было показано, чт о f.1U о И '( 1' L) постоянны,!О
q ANo 11 R3/211 (10)
rде
А 121t}.lU o {! (;1' L)]
tlТ1ист, IIРИ ТJИПШИЙ К rrере.цнему ваЛК у 1 и вращающийся со скоростью
N l' Р ас.сматривается как ТО&.ТJс.тая .плаСТI1на с начальной темпера..
. турой Та, MrHOBeHHO приведенная в соприкосновение с поверхно--
стью, температура которой то. Коэффициент те.плопроводности
п rrастины равен k, а l{оэффициент ее температуропроводности а.
IZОJ1ичество теП,,1Jа, переданное за время t через единицу поверх
.ности, равно*:
Q . 2k (Т а то) f
f l/ t
У а71:
Удельный тепловой поток через единицу повеРХНОСТII равен* *
dQ k (Т а .. Ta) t l/"J. qf/
dt i a
Для Toro чтобы сопоставить ero с количествОм энерrии, pacceli..
вающейся в результате вязкоrО трения [ура.внение (10)], необхо..
u (.11 "
димо умножить удельныи тепловои поток q на площадь поверх--
u u
110СТИ, соотвеТСТВУIощеи единичнои длине валка:
" (2 R 2 R k (Т а . т о) t .,...--.1/2
q ,::::о q . 1t') 1t' -( a
'Величина t в этом уравнении равна времени, за которое вало к
,соверlП ает один оборот 1 / N 1 . Т аким обр азом
q 2r.R kJ ! то) N /-!. KRN !2(T а то) (] 1)
t' ап
,r де
к 2r.k V a'it
Количество рассеиваемой энерrии [уравнение (10)] должно
l)аВНЯТI)СЯ тепловому п отоку, определяемому уравнением (11):
AN о V Я 3 / 2h o КRN /ЧТ а т о) (12)
(Та то) (A!K)No/N /2(l(6)
..,..........
* СМ. S с h а с k, Р а r t r i d g е. G о 1 d s m i t h, Industrial Heat
Transfer, New York, John Wiley and Sons, Inc., 1933.
** Предыдущее уравнение справедливо, поскольку h 1 / 1 /аt>О,б, Т. е. ДЛЯ
a:==2}8.10 4 м2/ч h. 1,27 мм, t ,O,()l ч или N>1 6 об/мин.
-
.
ОБОРУДО АI-il,IЕ ДЛЯ СЛ1ЕШЕНИЯ '/! Ду!СПЕРrИРО11АНИ.Н
,..............
4 (5.
,
Величины ./1 и К для разных вальцов одни и те же ПОЭТОl\1У l\10Жно
воспользоваться ОТНОlllением
(Та То)'
(Т а т о У/
(N o / N /2)' L"
(No/N !2)1/. б'
( 13)
Пользуясь данными, приведеННhlМИ для Т1:аборзторных и про
u
мышленных вальцов, 11 зная теl\-Iпературу смеси, ВЫХОДЯII-Lеи из
зазора лабораторных вальцов (Та б5,5 ОС), можно решить уравне-
ние (13) относительно то:
. T J1
0===
1 О ,8 ос
Эту температуру валка для вальцов большоrо размера нельзя.
р
признать УДОВt.ттетворите.JIЬНОИ, так как минимально возможная.
величина T равна приблизительно + 10 ОС. Необходим COOT
ветствуюu ий подбор N'i и N'2. ПрlI (Т а. T{J)" 55,5 ос ypaBHe
ние (13) принимает вид:
(N o/N / )"
2,48
(14)-
,
Поскол ь ку
N т'
О
N1 + N;
2
и
N о 1 , 1 6N 2
ТО по уравнению (14) можно опредеЛИ'fЬ N'i:
N 1 8 об/мин
Эта ве.Jlичина неприемлема, так как в данном СJlучае произ...
водительность вальцов слишком низка, вальцы не будут подавать
Crvlech с требуемой скоростыо.
Таким образом, если попытаться удовлетворить условие ра...
венства величины напряжений СДВИrа для лабораторных и про
мышленных вальцов, то при работе на обычных скоростях с из
вестными из практики значениямИ производительности придется.
существенно vвеличить интенсивность охлаждения или же при
..
использовании обычноrо ОХЛ(l)l{дения мириться с резким сниже....
нием производитеЛЬНОСТl'I.
Для устранения этих заТРУДlfений приходится уменьшать на..
пряжение СДВИrа, а следовательно, и степень дисперrирования
* т ПрИНИl\лаем рапным + I о ос.
476
r л. VII. СМЕШЕI111Е И ДИСПЕРrИРОВАНИЕ
L .....Ь............. &.............
,
..
путем увеличения зазора между валками 2ho с 1,27 htM до 2,0 мм
и толщину выпускаеl\10rо .листа с 1,78 мм до 2,65 A'tM. При ЭТОl\11
величина напряжения сдвиrа Ifa промышлеННblХ вальцах, обрат..
но пропорционаJIьная ho, уменьшается более чем в 2 раза. Допу-
стимая скорость валка определяется из уравнения (13) следую
II ИМ образом:
(Та
( Т.
а
То)'
ь-------.. .ь.....
Т )"
О.
55 50
,
55,50
u
(N o / N /2) I
(No/N /2)"
..... "
О
.
6'
3,8
(N(J N /2)/!
Посколькv
0r1
N N + N;. N + . 7?N
. 2 2
то
".
. Ni 14,8 06jAttuH.
При этой скорости зазор между валками промыш.пенных валь..
цов равен 2,0 Mht, температура .валков r"J 10 ос. Проводимые в()
время эксперимента визуальные наблюдения показали, что при
таких условиях смесь вальцуется без тепловоrо разрушения;
дисперrирование в ЭТО 'I случае хуже, чем при идеальном вальце-
вании, но вполне удовлетворительное.
Следует указать, однако, что приведенная выше средняя тем-
и
пература смеси не дает представления о развивающеися в реаль--
u
ных условиях максимальнои температуре, так как внутри l{лина
существует значительный температурный rрадиент 1О . Однако при-
.веденный метод анализа в какой"то мере учитывает и это обстоя..
'Тельство, поскольку известно, что максимальные температуры,
'возникающие в материа..ТIе во время вальцевания, более или менее
'u
пропорционаcJТ]ЬНЫ среднеи температуре материала.
В свете Bcero изложенноrо вполне объяснима трудность полу..
u
чения на ПРОМЫШllrJеНIIЫХ вальцах тои же степени дисперrирова--
НIIЯ, что и на лабораТОРflОМ оборудовании. Как уже отмечалось,
о . u
'ВСLТ]едствие оrраничении, накладываемых температурои смеси,
u
приходится в известнои мере поступаться степенью дисперrиро-
вания. В некоторых случаях оrраничения, связанные с МОIЦНОСТЬЮ
оборудования, конструкцией или производительностью вальцов,
приводят к необходимости увеличить зазор между валками 2ho,
чтобы обработать данную смесь; при ЭТО1\1 соответственно сНижае1'"
ся маКСИI\iальное напряжение сдвиrа. Если для разрушения ком..
l{ОВ материа,ла необходимо приложить напряжение сдвиrа Toro
же порядка, что и напряжение, развивающееся в зазоре вальцов,
то в реЗУс,!]ьтате rIонижения напряжения сдвиrа на ПрОl\1ышлен-
ных ваl.ТIьцах степень дисперrированип твердоrо наполните"п я
в смеси умеНI)шаетс.я.
ОБОРУДОВАНИЕ для СiV1ЕlllЕНИя у! ДИСПЕРrИРОВАliI1Я
W ...............
477
Закрытые смесители
Современные КОНСТРУl<ЦИИ ЗCJкрытых смесителей рассчитывают-
ся IIa основе опытных данных, и до настоящеrо времени rидродина
мический подход к анализу работы закрытоrо смесителя не разра--
ботан. Даже для идеально вязкой жидкос.ти все попытки ПОJIУ--
чить уравнения, полностыo описывающие течеНl1е в закрытом
'СI\1есителе, наталкиваются на orpoMHble ТРУДНОСТI1. Эти трудности
увеличив()ются во MIIOI O раз из за неидеальноrо реолоrическоrо
поведения реальных термопластичных I\1атериалов. В зоне интен...
сивноrо сдвиrа между rребнем лопаСТlf ротора и стенкой KaMepl I
(рис. 7,9) материал можно с известным прибли)кением считать
u v
идеальнои вязкои жид..
костью, но в зоне с He
значительным rрадиентом
скорости или неБОIlf[ьши:rvl
напряжением сдвиrа
нельзя не учитывать пла.
стические и эластичес.кие
u
своиства реЯЛЬНОI"О мате..
риала. В этом случае мо"
дель течения практически
не поддается анализу дa
же в случае замкнутых .пи
ний тока. В действитель
ности линии тока не яв
.пяются замкнутыми, а объ..
.el\f камеры все время ме-
u
няется, поскольку верхнии затвор может приподняться под дав-
rrением материала; карт.ина течения практически сводится к
колебательным движениям неустойчивоrо или стаТI1стическоrо
характера.
Интенсивный сдвиr в закрытом смесителе. В приложении дан
вывод уравнений rидродинамики, описывающих процесс дефор...
U . U
мации вязкои жидкости, наХОД,ящеися в пространстве между
кромкой лопасти и стенкой камеры. При выводе приняты сле..
дующие предположения: 1) материал вязкая жидкость с п.о
"стоянным коэффициентом вязкости; 2) зазор между лопастью
и.....стенкой h медленно меняется вдоль оси х; 3) радиус кривизны
I{aMepbI велик по cpaBHeHI1lo с зазором h; 4) процесс течения изо..
U
термическии. .
р ассматриваl0ТСЯ две формы лопасти: 1) кромка лопасти па..
раJIлельна стенке камеры, т. е. ве J1ичина h постоянна; 2) зазор ли
I{ейно меняется с измене.нием .х, так ч'то h ho(l Сх). rде С по..
стоянная величина.
8ержний
зат80в
%
Рис. 7,9. Разрез закрытоrо смесителя
Бенбери .
478
rJI. VII. CMElUEHJ/IE 11 Д11СПЕРrJ/IРОВАНИЕ
ДL71Я первоrо СLттучая (<<канал» постоянной ширины) распределе .
Hfle скорости lt определяется по уравнению:
u U (1 y/h o ) (15)
т а к и 1\1 образом, скорость меняется .]"Iинейно от и==О до у h o "
(на стенке камеры) до /t U при У О (на поверхности Jl0паСТII),"
rде и окружная скорость кромки лопасти.
Напряжение СДВИrа равно:
!Jdtl/dy }lU /ho 2 Q/11 (16)
Это напряжение" постоянно по rлубин е канала, так как ho -
ве.,ттичина постоянная. Мощность, приходящаяся на единицу ДLiIИ -
ны лопасти, равна произведению силы сопротивления движению-
JlопаСТI1 на ее скорость:
L
р
u dx }tU 2 LJll o
(17):
о
Деформация сдвиrа r, которой подверrается материал прк
прохождении через канал, исходя из уравнения (A14);+ равна:
1 L/(ho у)
( 18)1
Эта величина, равная L!ho на стенке камеры, неоrраниченно
увеличивается у кромки лопасти, rде у ho. Однако материа"ТI,
находящийся в области неоrраниченной деформации сдвиrа,
всеrда прилипает к кромке ..Т"lопасти, и поэтому значительная ве..,
7lичина деформации сдвиrа r) если она не сопровождается BblCOKO!l.
скоростью истечения, не обеспечивает интенсивноrо смешения
Вследствие этоrо для оценки интенсивности смешения вводится
критерий cYMMapHoro СДвиrа s:
/1,
S
r(y) u (L, у) dy
(19)
о
KOTOpblI1 равен произведению функции деформации сдвиrа "((у)
и интеrрала объемноrо расхода в элементарном объеме, вычислен
Horo в пределах от у О до y h. При постоянном зазоре между
лопастью и стенкой можно подставить уравнения. (15) и (18) в
уравнение (1 ):
h
s U (1 y/h) (L!h . у) dy
.
u
s UL
ОGОРУДОВАНJ/IЕ для С1\''\ЕIIIЕНИЯ И ДуIСПЕРrИРОВАНИЯ 479
d,. т I
.т аким образом, величина критерия cYMMapHoro СДВИrа прямо
пропорциональна скорости лопасти и ширине ее кромки. ПОСКОtJ;rь
к)' критерий сдвиrа соответствует деформации материаtJ1а, COBep
шающейся в единицу еремени в объеме Q 1/2Uho, удельный l )И
терий сдвиrа о (КРИ1'ерий сдвиrа, относящийся к единице объе 1а)
}) авен:
а '= . S/Q . 2L/11o
(20)
11з этоrо выражения следует, что величина удельноrо критерия
,.сдвиrа в закрытом смесите.не с ПОСТОЯIIНОЙ rлубиной кана.п:а воз..
растает с увеличением ширины Jlопасти или уменыlениеI\11 r(,!]JтБI"I
ны канала.
Смеситель с линейно убываЮIL.ей rлубиной канала. Сопоста-
вим характеристику смесителя с каналом постоянной rлубины и
характеристику смесителя с линейно убываюruей rлубиной кана.па,
..для KOToporo отношение rлубины канала на входе ho к r.ТIу'бине
на выходе h L равно 2, т. е. a 2. Анализ этоrо случ'ая приводи:тся
в Приложении, rде показано!' что для а>2 вблизи входа в Ka
нале возникает обратное течение.
Для смесителя с линейно убывающей rлубиной канала напря-
;1<ение сдвиrа 'th на поверхности лопасти равняется [ypaBHeJilIe
(А29) -1 :
2(-LQ 1 2
(21 )
,..
"h .
h 2 1 p
,r
О
В котором
а 1 xjL
и р
ct
Для канала постоянной rлубины это напряжение опреде Т]яет"
сн по уравнению (16):
r-
11
2r-Qjh5
(22)
Коэффициенты и р во втором члене правой части )'равнения
(21) меньше или равны единице; таким образом, при постоянных
веЛИЧItнах Q и ho напряжение с) виrа в HaK,ТIoHHOM KaHaJle БОЛL
u
.ше соотвеТСТВУlощеrо напряжения в прямолинеI1НОl\1: KaHa 1e.
Например, при p .X/JJ 1 и a l/а:==1/ 2 член 1../(1 fЗр)2 - 4 !!
напряжение сдвиrа на выходе из наКЛОнноrо канала окаЗblва..
е'тся в 4 раза больше, чем в прямолинейном канале.
ВеЛl-lчuна удеЛЬflОсО Kptlmepll::f. сдвиса о. Для ПРЯ!\10линейноrо
J aHalJтya соrласно уравнению (20)
u . 2L/ho
/
480
,
f Л. VI 1. С \ЕШЕНИЕ И ДI/)СПЕРfI-IРОВАНИЕ
а для наклонноrо канала (уравнение (А28) 1:
о 3,57 L/h o
Т аким образом, величина удельноrо критерия сдвиrа для на-
клонноrо канала почти на 75 % больше, чем для прямолинейноrо.
Мощность Р. Как видно из уравнения (А 12), мощность Р,
u
отнесенная к единице длины лопасти, для ПРЯМОLJIиненноrо ка..
flала равна:
Р 4JA.Q2L/h3.
а для наклонноrо канала [уравнение (АЗО)]:
р . 11,2f1Q2L/h8
Поэтому расход МОЩI'IОСТИ лопасти с наклонным каналом при
таком же объемном расходе Q почти в 3 раза выше, чем в пря..
u
МОЛИНСI-IНОм канале.
ТаКИl\r( образом, J1РИ одном и TOlVl ){{е расходе Q и одинаковоrvt
зазоре между ..лопастью и стенкой камеры ho смеситель с канаЛОl\1
переменной rлубины обеспечивает больший критерий СДВИI'а (на
75 ?/о) и потребляет мощность, в четыре р.аза Ilревышающую MOll
u
ность соответствующеrо смесителя С прямолинеиным KaHaJlo:r..1
Степень приближения закрытоrо смесителя к идеальному сме..
сительному оборудованию. Закрытый смеситель в известной сте-
пени удовлетворяет наиболее важным условиям теОРИl1 смешения
при лаълинарном тече1IИ1I. Из проведенноrо анализа очевидно, что
u
напряжение 11 скорость СДвиrа в зоне между кромкои .попасти и
стенкой KarvlepbI более или менее однородны. Как видно из ypaBHe
ний (А 14) и (А25), между стенкой камеры и лопастью не сущест..
вует точки, в которой бы напряжение сдвиrа раВIIЯЛОСЬ нулю.
т ак как исследование линий тока вне этой зоны крайне затрудне
но, сделать какие"'либо определенные выводы в настоящее время
невозможно. Однако лопасти обычно располаrают по винтовой
линии, и они вращаются в противоположные стороны. Это указы..
вает на то, что конструкторы подобных смесителей признают необ-
ходимость получения однородноrо раС.пределения поверхностей
u
раздела инrредиентов, а также и самих инrредиентов во всеи мас..
се материала. В течение цикла вращения роторов направления
u
ЛИНIIИ тока вн-утри камеры непрерывно меняются, так. KaI{ меняет,
ся взаимное расположение обеих LТIопасте,й. Таким образом, .любая
частица в конце концов попада.ет на лиНию тока, которая проходит
u
через ранон значительноrо сдвиrа, хотя в это же время друrие
u
частицы MorYT проходить через этот ранон по нескольку раз.
В этом отношении закрытыil смеситель в от ЛИЧllе от двухвалковых
вальцов приближается к идеальному. С друrой стороны, время,
а следовательно, и энерrия, необходимая для достижения заданной
степени смешения, ЗН3[Iительно больше, чем в Идеальном C1\tle
.......... z
ОБОРУДОВАI--IИЕ для СМЕШЕНИЯ И ДИСПЕрrI.IРОВАНИЯ
,
481
.
сителе. Возможность дефОРМl1рования очень вязких материалов
в закрыыыx смесителях объясняет их широкое. применение. По-
u
СКОЛЬКУ В настоящее времЯ полныи анализ течения в таких сме.
си.телях OTCYTcTBye:r, определить, насколько закрытые смесители
приближаются к идеальному смесителю ил.и каковы пути увеличе
ния их эффективности, невозможно. При увеличении скорости
u
вращения лопасти для получения заданнои степени смешения по-
требуется меньше времени. Изменение формы канала также при-
. водит,' как было показано выше, к увеличению критерия сдвиrа.
При этом продолжительность смешения сокращается.
Каждое из этих мероприятий приводит к увеличению удельноrо
расхода энерrии на единицу объема приrотовленной смеси. По
. u
этому при конструировании новых смесителеи приходится сч
таться с повышением стоимости приrотовления смеси, сопу'тст",
вующим увеличению произ одительности обор удования.
n рактическое Смешение в закрытых смесителя:\. До сих пор
u
при выводе rидродинамических уравнеНИIf, описывающих течение
u
в закрытом смесителе, смесь считал ась ньютоновскои жидкостыr 1
а процесс ИЗ0термичеСКИМа Кроме Toro, предполаrалось, что сме-
шение представляет собой процесс деформации, не зависящий от
напряжения сдвиrа.
Применяемые на практике вязкоэластичные термопластичные
материалы отнюдь не являются ньютоновскими жидкостями И
обладают явно выраженной аномалией вязкости. Эти особенности
u
реолоrических СВОиств термопластов сильно оrраничивают при-
менение теории для качественных опенок. Предположение об
изотермичности процесса также нереально.
Отличие реальноrо процесса от теоретических уравнений
можно проиллюстрировать на экспериментальных данных, ха..
. рактеризующих зависимость между скоростью вращения ротора
и величиной мощности, потребляемой при приrотовлении рези...
новои смеси (рис. 7,10). Эти данные заимствованы из расчетов
l-lжонса и Снайдера 16 , которые экспериментально определяли ве-
личину МОIЦНОСТИ, необходимой для приroтовления Смеси с за--
u u
данном степенью дисперrирования, при различнои скорости вра-
щения роторов, изменявшейся при опытах в четыре раза. Сред-
u
нее значение мощности определялось делеI-Iием затраченноя энерrии
на время смешеНИЯе Из термодинамическоrо подхода следует, что
мощность Р связаl1а со скоростью лопасти U и вязкостью материа--
пa t-L следующим соотношением [см. уравнение (А12)]:
р = 4!J-U 2 L/ho . const (!J-U) (И) (23)
rде [. ШИРИIlа лопасти, h зазор между лопастью и стеНI(ОЙ
(предполаrается, что канал ротора смесителя Бенбери IIMeeT
постоянную rлубину).
31 ПерераБОТJ,а 1'ермопластIJlrныIx материалов
482
I .}I. \71[, С \'\ЕШЕНI'1Е 11 ,Дv1СПЕРrИРОВАНИЕ
. ......
...................... ..
J.T равнение (23) показывает, что IvfОЩНОС1ТЬ ПрОПОрЦIIонаJlhНd
квадрату скорости попасти. На рис. 7,10 эта заВИСI1МОСТЬ изобра
}кена пунктирной линией.. I3 этом случае для определения постоян:
ных уравнения (23) использовались данные. полученные Пр f
69 об/мин. ЕСt>J1И счи:тат'ь произведение 'rU постоянным, то полу
чается сплошная L1ИНlfЯ очень близкая к экспери:мента,-Т1ЬИЫN\
реЗУJlьтатам. Т акиl'Л образом, как и при смешении на двухвалковых
'вальцах, член t1U остается постоянным во всем диапазоне ПрИl\lе
.няемыIx скоростей. (=/тедовате.л ьно, как это бr IJIО показано на
пр,актике, ве,-У1ичина кр)}тя
Iцеrо !vl0Me1ITa на вал ! роторэ
не зависит от ero скорости.
11апряжение с; виrа [ypaB
нение (21) при . :- О - равн(}",
300
Z50
I
I
1
I
I
,
I
I
I
I
I
2
rде Ч"rJен I.1U можно СЧII
тать постоянным. ОТСl0да
СJlе.дует, что напряжение
СДВI1rа, возникающее в зз
крытом смесителе при обра
ботке данной смеси, зависит
только от величины зазора
u
мржду лопастЬЮ и стенкои.
На первый взrляд данные,
полученные Джонсом и Снай-
дер 01\116 , опроверrают этот
BЫBOД так как степень
дисперrирования (опредеtпенная Вflзуально по размерам нераспре
деленных в смеси частиц окиси цинка) при увеличении скорости
с 35 до 69 06/MzllH. возраста ТIа. Однако дальнейшее увеличение
скорости до 137 об//v1,[,[.1i привело к ухудшению дисперrирования.
Наблюдавшееся увеличение степени дисперrирования объясняет
ся, ПО 'видимому, влиянием посторонних факторов. НеоБХОДllМЫ
дальнейшие исследования процесса смешения, в особенности та..
КИе, при которых учитывается влияние критерия смешения, зави
сящеrо только от величины наПl)яжения СДвиrа. Им:еющийся в
u
настоящее время ЭКСПерИl\1ента.п::ьныи материал позволяет СЧ.!1та-ть .
что напряжение сдвиrа не зависит от скорости вращения ротора.
Представляет интерес ()aCCIVIOTpeTb возможности увеличеНI-IЯ
эффеКТИВНОСТ11 зак})ытоrо Сl\lесите Т]я. Так, в одной из КОНСТРУКЦI\t
смесителя БеI-Iбери были утвеличены скорости: вращения POTOlJOR
JrI даВtJТ"lение BepXHero зат'вора 7 . Повышенная скорость враUl.ения
11 prII\1eH ялась в OCHOBHOI\J ;"'XJI я }'лучшени я п роцесса смешени я бо ее
Е zoo
.... .
.Q !50
а
100
50
1; 2 Qlhб : U/hB
.
О. . Ео 4(J 60 80 /00 120 140 160
Ckopocmb ротора, 06/мин.
Рис. 7, 10. 3 аВИСИ1\:fОСТЬ rежд)r l\'IОЩ-
ностЬЮ И скоростью для СI\.1есите.тrя
Бенбери :
l p-=:=const; 1 11.1'. cOпSI'.
ОБОРУДОВАrIИЕ для С1\'\ЕШЕНvIЯ I ДI-IСI1ЕРfIIРОНАrIИЯ 483
.
.....
l\1яrких материалов, а более высокое дав Т]ение .для Луiчшеrо
смешения жестких материалов
При анализе течения вязкой жидкости в кана"Т]е смесителя пред
u
полаrалось, что термопластичныи мате.риал прилипает в лопасти
и стенкам камеры. На самом деле это справедливо только для
мяrких, спеrкотекучих материалов. В тех случаях, коrда материа.п
обладает отчетливо выраженными эластическими и пластическими
свойствами, при течении наблюдается так называемое явление
«скольжения», т. е. деформация материала при сдвиrе вдоль
оrраничивающей поверхности будет происходить только до тех
пор, пока напряжение сдвиrа не превысит некоторую предельную
величину. Таким образом, при определенных усло иях материал,
совершенно не подверrаясь деформаI!ИИ сдвиrа, будет просто
.ско"nьзить как упруrое твердое тело вместе с LТIопастью в простран
стве, оrраниченном поверхностью канала смесителя. Возникающие
на выходе из канала растяrивающие силы MorYT вызвать разрывы
выходящеrо из канала материала. Кроме Toro, вследствие эластич
ности материала требуется приложить к нему определенное 11 а..
пряжение сдвиrа, чтобы заставить ero заПОЛНИТI свободное про
странство, возникаIощее позади ДВИЖ)'Iцейся лопасти. Если бы
рабочая камера смесителя была со всех сторон оrраничена жестки
ми стенками, то нормальное напряжение привеJIО бы к возникно..
вению нормальноrо давления, распреде Т"lеННоrо по поверхности
стенок камеры. ОднаI{О верхний затвор остается неll0ДВИЖНЫl\1:
u
лишь до тех пор, пока деиствующая на Hero сила не превышает
усилия пневматич скоrо цилиндра. Если суммарное давление
u
на поверхность BepxHero затвора превысит усилие, деиствующее
на поршень пневматическоrо цилиндра, верхний затвор будет
приподниматься до тех пор, пока эти силы не уравновесятся, т. е.
"-'
до тех пор, пока материаt.ТI, двиrаясь по часовои стрелке BOKpyr
u
лопасти или против часовои стрелк.и по каналам ротора, не запол
нит свободные пространства. Поэтому при работе закрытых CMe
u .
сителеи , камера которых почти полностью заПО.ТIнена, нереДI{О
наблюдаются ТОЛЧКl-J и вертикальные ко.J1ебания BepxHero затвора.
Если материал обладает реолоrическими свойствами, близки
u u
MI1 К своиствам ньютоновскои жидкости, то нормальное давление
р относительно невелико и проскальзывание внутри канала почти
ПОJ1НОСТЬЮ отсутствует. Поэтому интенсивность смешения «мяr
ких» материалов наряду с rлубиной канала ho в значительной CTe
пени зависит от СI{ОРОСТИ и, определяющей скорость перемещения
при СДвиrе. Поскольку наrрузка на поршень достаточна для Toro,
чтобы удержать материал в жестких rраницах, с увеличением
веlJТ]ИЧИНЫ U процесс смешения улучшается
Если же материал по своим реолоrичес!(им свойствам прибли
жается к упруrому твердому телу, то нормальные напряжения
31*
484
.
I'i.Т"I. \"11. СМЕШЕНИЕ 11 Д]/IСПЕРrИРОВАНИЕ
u
MOrYT достиrнуть величины, достаточнои для подъема верхиеrо за..
твора, и скольжение в канале будет выражен.о более явно. С на..
чалом скольжения смешение прекращается. Если наrрузка на
u
верхнии затвор постоянна, то максимальное значение нормальных
u
напряжении с увеличением скорости вращения ротора повышает..
ся. Поэтому частота проскальзываний и BpeMeHHoro прекраще
ния деформации сдвиrа материала возрастает, и интенсивность
смешения увеличится незначительно. В то же время с увеличениеrvf
наrрузки на поршень сфера действия скольжения уменьшится и со..
ответственно понизится частота перерывов процесса С1\1ешения.
Таким образом, для жестких материалов наилучшим способом
интенсификации смешения является увеличение усилия прижима
BepxHero затвора.
Как в том, так и в друrом случае величина потребляемой мощ"
ости увеличится. При смешении мяrких материалов увеличение
мощности оказывается прямо пропорционально увеличению ско"
рости вращени.я ротора, в то время как при смешении жестких
материалов мощность повышается вследствие сокращения частоты
перерывов процесса деформации СДвиrа, связанных с проскальзы.
ванием материала в канале.
Опыт показывает, что мощность, потребляемая закрытым сме 8А
сителем, а также крутящий момент на роторе колеблются в широ..
ких пределах. Это может быть следствием непрерывноrо изме..
u
нения зазора между лопастью ротора и стенкои камеры, винто..
u
Boro расположения лопастеи вдоль оси роторов и их несовпадения
по фазам. Однако если бы колебания в величине крутящеrо
момента были связаны только с изменением взаимноrо расположе..
ния роторов и размеров щели, то диаrрамма крутящеrо момента
имела бы реrулярный характер.
На практике колебания крутящеrо момента носят иереrу"
лярный характер, что связано, по--видимому, с переменным сколь,--
жением материала.
Моделирование. Поскольку строrий анализ работы закрытоrо
смесителя в настоящее время невозможен, оценка процесса сме..
шения проводится' большей частью экс-периментально. Для изуче-
ния таких факторов, как последовательность введения инrредиен--
тов, диапазон температур переработки, продолжительность сме..
шения и т. п., обычно применяется смеситель небольшоrо размера.,
Поэтому представляет интерес рассмотреть некоторые положения
теории моделирования. Хотя приведенное выше rидродинамиче--
ское описание картины течения и интенсивности сдвиrа в закрытом
смесителе не обладает достаточной полнотой и точностью, тем не
менее основные принципиальные положения очень полезны, по..
скольку ими можно В первом приближении воспользоваться при
о.пределении коэффициентов пересчета, необходимых для модели..
....."...........
ОБОРУДОВАI IИЕ для Сl\1ЕШЕНИЯ И ДИСПЕРrИРОВАНИЯ
..... r.
485
рования работы машин большоrо размера по результатам, полу
ценным на лабораторных смесителях.
TaI , например, соrласно уравнению (16), напряжение сдвиrа
равно:
tU /ho
,..,
Выше было показано, что произведение 1-1 U величина постоян
ная. Поэтому для получения одинаковоrо напряжения сдвиrа
при обработке материала в смесителях различных размеров вели..
чин а зазора между камерой и лопаСТЯl\1И ротора должна быть
u
во всех случаях одинаковои.
Аналоrично полная деформация сдвиrа за единицу времени
Те равна произведению деформации сдвиrа за один оборот ротора,
определяемоff по уравнению (18) и скорости вращения N:
"(О N1 r NL/(/1 0 у)
(24)
Так как ho, а следовательно, и (ho у) для всех смесителей од и..
наковые, произведение NL также, должно быть одним и тем же
(L ширина кромки лопасти).
т аким образом, для reoMeTp ически подобных смесителей зазор
ho, а также произведение NL должны быть одинаковы. В табл. 12
,
сравниваются значения этих величин, полученные на смесителях
Бенбе.ри различных размеров.
т аблuца 12
-
Сравнение значений ho и N L * для смесителей Бенбери различных размеров
..
С .Iесители
Объем камеры
см3
ho . СМ
N
L. см
NL
в
3i\
1 1
1700
70 000
224 000
0,32
0,48
0,48
120
56
40
0,63
1 ,27
2,54
78
71
101 ,5
. J
*" Приблизительиые велнчины.
Величины ho и N L почти Ife меняются, хотя и указывают на
то, что между работой смесителеЙ: должно существовать известное
различие. По"видимому, лучшее дисперrирование, которое обес-
печивается лабораторными смесителями, объясняется тем, Что
величина зазора /10 у них меньше, чем в производственных сме...
сите.ТIЯХ большеrо размера (так !{ак с уменьшением ho напряжение
сдвиrа увеличивается).
4А6
{' J]. \' 11, С i\'l Е Ш Е Н И Е 1-1 Д 11 С П ЕР r 11 Ре) ВАН 11 Е
.........................
Однако предстоит провести БОЛЬШУIО эксперимен:тальную pa
боту для Toro, чтобы получить полное представление о С)ТЩНОСТII
процессов, протекающих в закрытых смесителях.
Приведенная теория процесса дисперrирования и смешеlIИЯ
представляет собой только первый шаr на пути к полному пони
u
манию Toro, что в настоящее время в значительнои мере OTHOCI-IT
ся к области ИНТУИЦИI1: и искусства.
ОJl.ночервячные шприц"машины
Наряду с ИСПОIJТ]ьзованием одно червячных шприц машин ДJIЯ
профилирования термопластичных материалов их широко при.
меняют и для смешения, что обусловлено деформацией, I{OTOPOt'i
подверrается смесь при ее JIаминаРНОI\1 течении в канале l1jПРИIl
машины (рис. 7,11).
- . .
. . .. ..
. . . .
.... .. .,' ':.. ,": : .... ". .
. о.. . ..... .... .' .
: . ........... '.
. . ...... .',' .-"... .
. . . . ..
..0 .. .... .
," .' .' '.
.... ....
. . .
. ". .
. . . . . . .' .. . . . . .
.. ..
. .
. . '. . . . . .
. .. .
. . . . ..' .. . .. .. .....
..... .. ... ..
. . . .. '. .
. . . ..
.. ..... .
.. ..... ". ..
. . ... .. . . '. .'.
. ." ".
.' . ..
. '. . .
. ....' .
. . . .
'. ..
..
. ..
. . . . ...
. ... .
. .. ,',:'........ I
.' .. о....
. . "... ..
. .. . .
. . .
.' . .
.' . '.' .
.. ....
. . .. .. .. .
. ...... . ...... ....., ,.... ........ ... . ..... ... . ..... ..' .' .. '.. .. ...
... ...... . .. .... ... . .' , . ... '. .. . ...... ........ ........ ..
. .... . . ... . .... .. ... ..
.... .... . ...
. ... .....
....... . ..
'.. ..
.. ..... ....
... .
. ..... . . .. ...
................ .','
. .'. . . . ..... . ...
.. ..... .... .
... .
... ....... .
.. .... ....
..... .... ..
. .....
. . . ... .. .
. . . . . ., ...
. . .... . .
: '.'::: :::\." : .: /-:". ) :::.' :
....... ..
. . . .. .
.'. .........- ...
-.' .. .......
...... .. .
. . .. ... .' . . . .
- . . . . .
........,....... ......
. . . . - . .
...... ....."....
:.:: :: :::.;.: : ': ,.:::' :::::::'
'.... ........ ..
.:..'.'. ..... ....:-:::-:. ...--
,....... . .-. ..
Рис. 7,11. Червячный С!VIеситель для термопластичных материаJIОВ.
Подробное описание шприц маlIIИНЫ было дано в rлаве IV.
llIприц' машины обычно применяются не для смешения. Однаl{О
нередко очень удобно добавлять к смоле инrредиенты во время
пластикации, используя таким образом возможностЬ перемеши..
вания одновременно с.о шприцеванием. Обычно так вводят краси--
тель в перерабаТhlваемую массу.
Краситель и смола дозируются в заrрузочной воронке и ПОСJ1(;
u
их про хождения через шприц машину получается окрашеННhI1I.
продукт.
Нередко при правильной дозировке ОТХОД,ов, окрашенных в.
()азличные цвета, в ШПРИЦ l\1ашине достиrается вполне удовлетво
488
rл. VI J. СЛ'\ЕШЕНvIЕ 1'1 Д IСПЕРrI1РОВАНI1Е
........... ..
позволяют определять величину деформации сдвиrа в зависимости
от расположения частицы по rлубине канала (ось у):
Л1/,С :: . F v 1 F t a
М . L Pt. + F f tg tp
ve ' h tg у 1 а
rде М ле деформация сдвиrа в плоскости, параллельной оси чер..
вяка;
Муе деформация сдвиrа в плоскости, перпендикулярной
оси червяка;
L длина червяка;
h rлубина канала червяка;
qJ уrол подъема винтовоrо канала червяка;
а отношение расхода противотока к расходу вынуждеlI
Horo потока;
Fv и Ft безразмерные функции отношения расстояния до осно"
вания нарезки к rлубине канала y/h (табл. 13).
Таблица 13
(25)
(26) .
Значения функций Fv и Ft
..... 1 L
-"-
у
h
Fv
Ft
у
h
Ft ,
Ft
0,050 17,527 21 , 679 0,300 1 , 870 . 0,264
О , 1 00 7 , .880 8,527 0,350 1 ,461 0,936
О , 150 4,796 4, 1 71 0,400 1 , 149 1 , 458
0,200 3,309 ] ,983 0,500 0,675 2,225
0,250 2,441 0,648 0,600 0,278 2, 754'
0,750 0,446 3 , ] 55
Проинтеrрировав эти уравнения по площади поперечноrо се..
чеНIIЯ канала червя.ка, можно определить среднее значение дефор--
мации сдвиr а.
В конце червяка устанаВ;Iиваются различные смесительные
насадки или «торпедо», которые дополнительно увеличиваl0Т
деформацию сдвиrа шприцуе:rvl0rо материала и смешивают BЫXO
u
дящии из канала червяка материал в поперечном направлении.
Червячные смесители
Для увеличения смешивающеrо действия. червячных шприц
маШlIН в их конструкцию был внесен целый ряд изменений. В He
которых двух" и трехчеРВЯ9НЫХ машинах применяются взаимо
зацепляющиеся червяки. В червяках TaKoro типа линии тока,.
проходящие через области малых rрадиентов скорости, в которых
смесительное воздействие мало, разрываются. Однако во всем.
остальном объеме материала, заключенном между стенкой кор--
пуса и поверхностью червяка, процесс смешения протекает Tal(
ОБОРУДОВl\НИЕ ДЛЯ СМЕШЕНИЯ И ДЕСПЕРrIrIРОВАIIII51 489
, 8'lr:.I
.
l' ...
же, как в одночервячной машине. Поскольку каждый червяк
u
только частично оrраничен цилиндрическои поверхностью KOp
пуса, полный rидродинамический анализ рабочеrо процесса Ta
u
ких шприц машин представляет чрезвычаино сложную задачу,
..... u
хотя качественные вывоДЫ, вытекающие из основных положении
rидродинамики одно червячных машин, остаются справедливы.
Друrой разновидностью червячных смесителей являются ма-
шины, червяк которых образован расположенными на валу по
винтовой линии выступами 21 ,25. Эти выступы проходят через
проемы, существующие между выступами, закрепленными на ци..
ЛИндре. При вращении червяка в результате взаимодействия
"'-
Рис. 7, 12. liепреРЬll. НЫЙ смеситель.
подвижных и неподвижных выступов материал медленно пе...
ремещается вдоль оси машиныl, подверrаясь интенсивной деформа..
ции сдвиrа в зазоре между выступами. Недостатком этоrо смеси..
'теля, в котором происходит интенсивная деформация сдвиrа,
является большая величина крутящеrо момента, обусловленная
u
значительном площадью поверхности материала, одновременно
подверrающейся сдвиrу. Кроме Toro, вследствие направленности
иний тока деформация сдвиrа в радиальном направлении поч..
ти ПОtJТIНОСТЬЮ отсутствует. Поэтому движение материала через ма..
шину До некоторой степени подобно течению в большой трубе.
490
1 Л. VII. СМЕШЕНИЕ 1/1 ДуIСПЕРСl'IРОВАНИЕ
,
.
.
Су щес.твует еще один вид червячных СI\fесителей, так называе..
мыи «KO KHeдep» (рис. 7,12), который, подобно преДыд)!щему, co
u u U
стоит из червяков с прерываемои нареЗI{ОИ, в пазы которои ВХО--
дЯТ зубья, укрепленные. на внутренней поверхности корпуса.
Червя}\ этоrо смесителя совершает возвратно"поступательные
движения в осевом направлении, так что неподвижные зубья пе
рIlодически очищают Ilазы, имеющиеся в стенках I(ана Т]а вращаIО
щеrося черв.яка. От в.интовоrо канала червяка осевое пере1\1е
щение передается материалу. При этом. в материале. возникает
периодическое в:озвратно поступательное движение, которое CBO
u
дит до минимума присущии одночервячным шприц м.аш.ин.ам упо
u
минавшиися выше недостаток СУП.Lествование течения ТО ЛhI(О в
одном направлении.
Однако интенсивная деформация сдвиrа в этой машине ИIVlеет
периодический характер, а зазоры, без которых невозможно про
дольное перемещение червяка, уменьшают эффективное напряже
нне сдвиrа. Значительные размеры поверхности, на которой OДHO
вре.менно возникают напряжения сдвиrа, приводят к очень боль-
шим крутящим моментам, оrраничивающим величиныl вязкости
или жесткости смешиваемых материалов. Ввиду отсутствия тече .
ния В одном направлении и замкнутых линии тока, такои непре
u
РЫВНblИ смеситель имеет определенные преимущества по сравне..
нию с обычной одночервячной шприц машиной. rидродинамиче
u
СI{ОИ теории смесителя «KO KHeдep» не существует, и при ero
оценке следует пользоваться экспериментальными данными.
При течении термопластичных материалов в червячной шприu
маIпине возможно скольжение (подобное описанному для случая
закрытоrо смесителя). Это, по видимому, И обусловливает НИЗКУIО
эффективность шприц"машины при обработке сильно н.аполнен
u
ных смесеи, что характер изуется соответствующим изменением o.r
u u u
ношения деиствительнои производительности к теоретическои
QO/Qd. Распредел ния напряжения и деформации .сдвиrа в этом
u
СttТIучае сильно отличаются от полученных для НЬЮТОНОВСКОl1
жидкости, которая смачивает всю оrраничивающую поверхность.
I\.оличественную оценку возможностей червячноrо смесителя MO)l(
но .дать, только основываясь на экспериментальных д.aHHЫX
ВЫВОДЫ
ПРОJ\;lышленное оборудование ) ТIя СJ\1ешения и дисперrироваНI1Я
rермопластичных материалов по принципу работы можно разбить
на три rруппы: дв)'хвалковые вальцы, закрытые смесители и чер--
вячные смесители. rидродинамический анализ картины течения
u
материаJlа для !{аждои rруппы позволяет сопоставить возникаю
щую деформацию материала с требоваНИЯМlf идеальноrо процесса
ВЫВОДЫ
4S1
L
.................. -.. - -...
..... ...............
Сl\IешеНflЯ rrри ламинарНОi\'1 l'ечении. По своим ха11актеристик'ам
закрытый смеситель, по видимому, наиболее близок к идеа.7IЬНОМу.
процессу смешения, но ero К. п. д. С точки зрения веЛИЧ IНЫ по
треБJlяеМОll мощности и времени обработки мал по сраВI1ению
с идеа.пьным смеситеJIем. Из всех разновидностей смеситеJIеii
u
самым дороrим и массивным является закрытыи сrvlеситель, а
CaMhII\1 дешевым ваJIЬЦЫ.
Размеры и стоимость червячных смесителей средние между
l)азмерами и стоимостью вальцов и закрытых смеситеttТ]ей. Червяч
ные смесители, по мере усовершенствования и усложнени.Я KOH
струкции для устранения недостатков, присущих простым OДHO
червячным ШПРIlц машинам, приближаются по стоимости к
закрытым смесителям. Преимущество червячноrо смесителя .
это непрерывность процесса смешения, в то время как в ваvrтьцах
и закрытых смесителях 'обрабатывается за цикл одна определен
ная заrРУЗI(аа
ВажнеfIШИМ преимуществом вальцов является возможность
u
получения различных rрадиентов скорости и напряжении сдвиrа
с помощью простой,' реrус,Т1ИРОВКИ зазора между валками. На CMe
Сflтелях двух друrих rрупп можно изменить только rрадиеНТJ' CKO
рости путем изменения скорости вращения роторов или червяка,
так как изменение величины зазора или rлубины I(aHa,JIa требует
больших механических работ.
Таким образом, каждая rруппа смесителей лучше Bcero при
способлена для вполне определенных практических целей. COBpe
менная теория смешения и дисперrирования не ПОЗВО ТIяет решать
возникающие технолоrические проблемы полностью на основе
теоретических положен ий. Часто эти проблемы пр иходится ре..
шать при помощи экспериментальных данных. Дальнейшее раз
витие теории смешения пойдет по двум направлениям: более пол
u
ное описание чрезвычаино сложноrо реолоrическоrо поведения
реальных термопластичных материалов и более полное описание
:i\lеханики течения этих материаttТ]ОВ в существующих смесителях.
В обоих направлениях в настоящее время ведется интенсивная
р а бот а .
. ПРf/ЛОЖЕН//!Е А
'fЕЧЕНИЕ В ЗАЗОРЕ МЕЖДУ КРО1\1.КОЙ ЛОПАСТИ И СТЕНКОЙ КАМЕРЫ
Зf\крытоrо СМЕСИТЕЛЯ*
Если радиус кривизны стенки камеры велик по сравнению с
u u
зазором 1Vtежду кромкои }lопасти 1/} l<амерои смесите.ТIЯ, CTeHI{y мож
* Этот вывод заИ!\1СТБован НЗ неопуБЛИКQ.Ванноi"'r
J. 1\.. 1 al bot, Bro\vn U n i \rersi ty, 1)ro\' i dence. R. 1.
..
раооты
\\./ ,
Praoel
ь
492
r Л. VII. СЛ1ЕШЕНИЕ 11 ДИСПЕрrИРОВАНИЕ
v
но считать прямолинейной (рис. 7,13)*. Для сохранения непо
движности системы координат относительно лопасти считаем ло..
Ьо
h(x)
-h.
u
камеры движущеися со скоростью
и . Такое допущение, значите.ТIЬ"
но упрощая анализ, не влияет
на ero результаты. Лопасть дви"
жется мимо стенки со скоростью
и. rаскелл 11 показал, что объ..
емный расход (отнесенный к еДli"
нице длины лопасти в осевом на-
правлении) для канала с постоян..
ной rлубиной ho равен:
hU h 3 dp
.
2 12и: dx
\
Q
(А] )
u
пасть неподвижнои, а стенку
,!/
,
,.,
"
J.)ис. 7, 13, Течение вблизи J{ ромки
10пасти закр bIToro С1\1есите.ля.
rде}t коэффициент вязкости ма..
териала; р давление,. являющее...
ся функцией х. В данной точке составляющая скорости и, направ--
ленная вдоль оси х, определяется по уравнению l !
J l 2(dp/dx) (y/h y2/h2)
2,1.
u . и (1
- у I h)
( /\ 2"
, '
u
а распределение напряжении сдвиrа описывается уравнеИIIем:
tU /h (dp/dx) (1 2y/h) h/2 (АЗ)
Уравнения (Аl), (А2) и (АЗ) выведены для канала, rлубина
KOToporo постоянна. Их можно применить также к каналу с пере
менной rлубиной, при УСЛОВИИ t что эта rлубина с изменениеl\1 \
меняется незначительно.
Из уравнеНlfЯ (Аl) определяется
dpJdx 6 L (и jh Z
Давление на входе (x O) и выходе (х L) ,равно нулю:
L
dp/dx:
2Q/h З )
" 4. 4 )
(dp/dx) dx О
о
после подстановки уравнения (А4):
L
611 (и /h 2
2Q/h 3 ) dx
о
о
.
* Предполаrается, что скорость лопасти равна нулю, а сКорость стенки L .
Такой подход позволяет считать систему координат неподвижной ОТИОСИТЕ\ Ъ.'
НО лопасти и существеиио упрощает анализ, не влияя на ero результаты.
ПРI1ЛОЖЕНИЕ А
493
т
...
...
..
J1ЛИ
L
U 2Q (h 2 jh З ) dx 2Q (Н з/ Н 2) (А5)
'
о
rде
L
Н п dx/h п (А6)
I
О
у равнение (А4) определяет скорость лопасти как функцию
среднеrо объемноrо расхода, а функции Н 2 И Н 3 учитывают фор-
му канала. Эти функции зависят от h, а следовательно, и от х.
Таким образом, рассчитанное по уравнениям (АЗ), (А4) и (А5)
напряжение сдвиrа равно:
-с . 6 Q/h2 fLQ Нз. + 12 Q (yjh) (Н З/ Н 2..1 /h) (А7)
h Н 2
ДЛЯ Y }l
't
/l
6!!Q/h 2 + 4!-1Q На
h Н 2
(АВ)
Суммарная танrенциальная сила F на поверхности лопасти
равна:
L
F /ldx . 4 Q[4Hl (Н з /Н 2 ) 3Н 2 ]
о
-
Соответственно мощность, приходящаяся на единицу длины JIO-
пасти в осевом направлении:
р 4 Q2[2Hl(H JH ) - 3/1з].
(А9)
Необходимо также определить деформацию сдвиrа при про
хождении материала через канал. Так как h с изменением х меням-
ется незначительно, то в первом приближении можно считать,
что при z y/h частица перемещается по неизменной траектории.
Скорость можно выразить из уравнений (Аl), (А2), (А4) и (А5):
u 2(Q/h)[3z(l z)+(1 4z+3z 2 )hН з /Н 2 J (АI0)
Эту скорость частица получает при прохождении через канал
rлубиной h; скорость деформации сдвиrа в этой точке du/dy
(l/h)du/dz. Частица перемещается на бесконечно малое рас..
стояние dx за время dx/u, подверrаясь дефор ации сдвиrа dr,
u
равнои:
d"( l/h (dx/u) (au/az) (1/h) (q ]11 fl/aZ) dx
.
4Ц I
,.
r л. v 11. С/У\ ЕШЕНJ/IЕ 1'1 ДИСПЕ prJ,-'l РОВАН 1-1 Е
".
ПОtirylfая деформация сдвиrа равна сумме этих бесконечно MaJlbIX
;tеформаl ИЙ в интервале от x O до Х . L:
L
. д )1"' II
"' ( ( 2) -== ( 1 / 11.)
, '. дz
(1
L
д
dx Jz Ujh) lп udx
о
(AIl)
так Kal{ h зависит только от х.
Таким образом, для оценки определяемой по уравнению
(All) величины "((z) I-Iеобходимо установить зависимость [1- от Х
(или z)
КАН 4Л С rIOCT05lHHOl ['ЛУБИНОЙ
Для канала постоянной r луб ины ' ho и расход
Q Uh o /2
TClK что IiЗ уравнения (А4)
d Р / dx О
а ИЗ уравнения (А2)
u И (1 У I ho) == U (1 z)
Определяемое по уравнению (АЗ) напряжение сдвиrа равно:
1:fL \1и / ho
а мощность, рассеиваемая на единичной длине лопасти (при Y }l):
L
р и h dx ':J.U 2 L/ho
(А 12)
о
,L[rформация сдвиrа 'v [уравнение (А 11)] будет определяться из
i
l bll) ажеJl ия:
L
T l/h o ajaz ln u dx (А 13)
о
1 (L/ho) (1 z)
и так к.ак 1 z 1 ylho
{ . L / (/10 у) (А 14)
КАНАЛ С ЛI/1НЕЙliО МЕНЯЮЩЕЙС5I r JIУБИr1О 1
Рассматривается I(анал, rлубина KOToporo линейно меняется
01" 110 при x O до h L при Х L, так что.
h ho (1
Сх)
(i\ 15 )
ПРИЛО.ЖЕНI/IЕ А
495
.......... . ...............
h f у ho (1 С L )
(А 16)
п \7СТЬ
..'
а ho/ h L
(а 1)
так что уравнение
(А 16)
1/0: 1
принимает вид:
CL-
,
с == B/L
r
rде
:3== ({ l
I 1..
Да.лее, пусть
р == x/L
При ,ЭТОI\1 уравнение (А15) принимает вид:
h ho (1 p)
(А 17)
L
поско/Iы1уy Hп dx/h п Iуравнение (А6)], отношение H: 1 /H"j
о
в уравнении (А5) становится равным:
. + I
Н3/ Н 2 == ')h (АI8)
...... о
ТаКИI\tl образом С помощью уравнений \.L 2), (А4) и (А5) можно
записать уравнение распредеJlения скорости СJ1еДУЮIЦИМ образом:
,
u . (2Q/h) (1 2) [3z . j (1 :32) 11 (Наl Н 2')]
ПодстаНОВI<а уравнений (А 17) и (А 18) дает:
u.ho/Q .: (1 z) [6z/(1 p) _. (и . ; 1) (1 32)] (А19)
Дифференцируя это выражен и е по 2, ПО.Jlучаем:
(дu/дz)hо/Q il З: Z ) 2(7.+1)(2 3z)
I
(А20)
Производная dl-l/dz равна нулю при z, paBHolVI z*
* 3 2( 1 1) (1 Р )
z L
. 3[ 2 (а + 1) ( 1 р ) ]
(А21 )
,
Допуская, что z может принимать любое значение в предеJlах
от О до 1, мо}кно подобрать значения величин в правой части ypaB
нения (A21), УДОВIJТ"Iетворяющие условию du Idz о. Это происхо
J И1' при
I , 5 (а: "T 1) (1 {3?) 3
496
}"'';1. VI 1. ( ;\\.ЕШ ЕНИ Е vl Дl-IСПЕрrи РОВД.Н 1,"1 Е
-
.
т
-..........................._....... .
Следовательно, скорость u является монотонно убывающей функ
циеJl z для всех значений р при О<р< 1, если
(а + 1) (1 т ) (а: -1 " 1) / а -< 1 ,5
.
и
а + 1 3 или а 2
(А22)
в канале, rлубина KOToporo довольно быстро убывает, воз..
никает давлен ие, достаточное для Toro, чтобы вызвать О,братное
течение. Этоrо не произойдет, если заключенный в квадратные
скоБКИ'член уравнения (АI9) удовлетворяет условию:
бz/(l p) + (а + 1) (1 3z) > О (А23)
Первый член леВQЙ части уравнения (А23) всеrда положите
лен. Для Toro чтобы он был как можно больше, а абсолютное зна
чение BToporo члена как можно меньше, положим р О, а z . 1.
Разрешая уравнение (А23) относительно а, получим a 2.
Из уравнений (А22) и (А23) следует, что скорость u является
монотонно убывающей ФУНI{цией z для всех значений r от О до 1
и что противоток не возникает, если a 2 (если rлубина канала
на входе превышает rлубину на выходе не более чем в 2 раза).
Бесконечно малая деформация сдвиrа, как и при постоянной
rлубине канала, равна:
\ dr L (l/h) [(1 /l ) au/az] dp (А24)
Члены 1/и и" au/az определяются по уравнениям (А 19) и (А20),
что дифференциальное уравнение (А24) может быть переписано
в виде
Ldp
d r
ho (] в р )
.
б (1
( 1
2z) 2( а + 1) (2 3z) ( 1
"111
z) [6z + (а + 1) ( ] 3z) ( 1
p)
p )]
Это уравнение интеrрируется ПрИ помощи подстановки
1 p
Интеl"'ральная форма уравнения имеет вид:
1
( L 6 (1 2z) 2 (а. + 1)(2 Зz)( d,.
I z) (3ho(1 z) . [бz+((сх+ 1)(1 3z)] " ..
I P
L 1 2z ) (
ho z(l z) n 1 ) +
I 1 бz + (ct + 1) ( 1 3z)
.. z(1 зzj [п 62 +. (a. + 1)(1 3z) (1 )
l' (z)
(А25)
ПР11ЛОЖЕНИЕ А
497
............
Для канала постоянной rлубины а 1, о в уравнении
\25) ВОЗIIикает неопределенность, которая раскрывается по
правилу Лопиталя, после чеrо оно сводится к уравнению (А 11).
Поскольку противоток возникает при а>2, максимальное
напряжение СДвиrа, при котором не наблюдается противотока,
ПОt:lучается при
а 2
(а 1 )/а: 1 /2
f(
.
( , 2L/h ' l' 22 ] 1
У ,2) о ' z( 1 z) П 2
.
.
......I ..........
1 1 2
3 . lп 2 1 '
Z} т 2
(А2б)
i Z ( 1
Удел ьный кр итер ий сдвиrа cr определяется пр и помощи )'рав'"
нений (18) и (19). Так как h L ho/a t величина а равна интеrралу
СJlеД.Уlощеrо уравнения:
da
1 иh n I [ d
а. · Q у 2
.
вычисленному в пределах от z o до z . 1.
Используя выражения для определения [Е [уравнение (Аl 9)]
11 11'1 -[ уравнение (А2б) 1, получаем диффереI-Iциальное уравнение
критерия интенсивности сдвиrа:
dcr/dz . L . 3 (1 + z) 1
ho z 1
2 1 2
3z lп 2 1 + z
(1
2z) lп 2
(А 27)
На рис. 7,14 изображена диаrрамма
зав исимост и da / dz от z для случая а 1
(постоянная rлубина канала) и а 2 (су"
жен и е 2: 1). При а 1 величина do/dz
постоянная, а при а 2 увеличивается с
увеличением z. rрафическое интеrрирова..
ние кривых рис. 7,14 дает:
O
.
Ц8
с:::> I.Q ..
".... ,..
q и "
t1
для а 1...0 2,0 (L/ho)
ДjlЯ а: 2,0...0 3)57(L/11o) (А28)
0,8
I
0,4-
0,2
11з уравнения (А8) получаем выраже-
Hlie для напряжения сдвиrа на поверх..
нос.ти лопасти:
о
2 '1-
h(L · dб/dz
..,..
h
2[J. Q
h 2
2[J.Q 1 2
1 Т .6 1:::.........
h 1 p
(А29)
Рис. 7,14. Зависимость
daldz от z.
32 Переработка термопластичных материалов
498
I .l. VI J. с}\", ЕlIl EHI'f Е I Дl1С П ЕР I"r-1 РОВАf-iИ Е
rL....
w .
Чтобы подсчитать МОЩНОСТЬ при 110МОЩИ уравнения (А9),.
З3I\.1еТИ:!\1, что
L
/1 -
.
.
dxjh п
а holhL
t.
О
aJ' l 1 L а. п а..
Н 11 ==== (п 1) . Ch ll .. :...::::: (п 1) h IJ . :t 1
() . J
ТаI{ИМ 06pa30 '!
Н..
1
1 n v.
.....
. . Ch\)
L а 1п С!.
......
.
110 CI. -- 1
, 2 . 7..
Н . '1
2 ) 1 2 . 7. 1 1 '
. /)
Н,) L '7.: "j
') r ; .
',' .;.n'о '1 1
Дl1Я а .-- - 2 l\,10IЦНОСТЬ paBlla:
р == 1 ] 2 ; J_Q.2l
, 1 :
1(}
(АЗО)
J'СЛС)ВНЫЕ ОБОЗН '-\ ЧЕНИЯ
а О1'ношеНJIе CI(OPOCTII противотока к скорости ВhIн)тжденноrо
течения, qp/Qd;
а - . темпер атур о проводность ;
/l r,,'убина канала, зазор между валками
k теплопроводность;
L дvТ}ина .I<ahac-rrа, ширина ICpOMKfI ,попасти;
1.\/ 'скорость вращения;
р давление;
р мощность;
q интенсивность поrЛОlцения энерrии (на единицу длины ваЛI\а)
Qp ' jJасход противотока в шприц машине;
qd расход вынужденноrо течения в шприц машине;
qo расход поступательноrо течеНJ-IЯ мате!)иала в шприц"машине;
Q - тепловой поток на е иницу поверхности;
R радиус;
t время;
т температура;
u
[! состаВJ]ЯfOщая СI{ОРОСТИ в даННОJtI точке, направленная В,ДОJlЬ
ОС!! х;
L. скорость;
.
JIJ,-1 ТЕ РА ТУр,Д
4 9
...
...
........
......... ......
u
l-' составляющая скорости в даННОfl точке, наrrr)аВ 1енная В.10с-1Ь
оси у;
.W ширина канала червяка ШIlриц машины;
.2 ' безразмерная длина, у /h
a отношение rлубины канаt,Т]а на ВХОДе II .I ,( [.'\II)IБИ1-Iе Kalia la
на выходе h L ;
? (a l)/а;
1 деформация сдвиrа
Ф u 2(L/, L:' ).
" f ункция скоростеи ваЛИ.ОБ .' Ш . : . ,
и 1 L! 2
О безразмерное отношение 1/2h,)/ R;
1 Зо.
I 1. ,
Yj безразмерная длина, у I V 2R h o;
р. коэффициент вязкости
безразмерная длина, х/ V 2R/l o ;
р . безразмерная длина, х / L;
u u
, удельныи критерии сдвиrа;
напряжение сдвиrа;
ср уrол подъема винтовоrо кана.па чеРВЯI<а шприц"машины;
-'-{J функции диссипации (потока).
ЛИТЕРАТУР..l
1. Bergen J. Т., Carrier G. F., Krumhans1 J. А., Crjteri(
for Мiхiпg and the Mixing Process, Proceedings, 14th Antec. 50С. P1astics
Eng., 987 (1958).
2. В е r g е n J. Т., 5 с о t t G. \\/., Pressure Distribution in the Calende
ring of PIastic MateriaIs, J. Арр1. Mechanics, 18, 101 (1951),
э. В о 1 е п W. R., С о 1 w е 1 1 R. Е., 1 пtепsivе Мiхiпg, Proceedings,
14th Antec., 50С. P1astics Eng. 1004 (1958).
4 I В U 11 о с k Н. L., Practical Mixing Techinques for Viscous Liquids,
Chem. Eng. Progr., 47, 397 (1957).
. В и I1 о с k Н. L., Mixing in M1\lIer Type Mixers, Сl"Iеrп. Eng. Progr, , 51,
243 (1955).
б, С о m е s о. А., Rubber Mixing Machinery, The Banbury, India Rubber
\V or 1 d , 122, 1 78 (1 950) .
7. С о m е s R. N., High horsepo\ver Banbury Мiхiпg, Rubber \\'orId, 135,
565 (1957).
8. D а n с k w е r t s Р. У., Theory of Mixtures and Мiхiпg, Research (Lon
dоп), 6, 354 (1953).
9. Е iric h F. R. (ed.), Rheo1ogYJ Ne\v York, Academic Press Inc., 1957.
10. F i п s t о п М., Therma1 Effects in the СаIепdеriпg of P1astic Materia1s,
J . Ар р 1. Мес h а ni с s , 73,. 12 (1 95 1 ) .
] 1. G а s k е 11 R. Е., The Ca1endering of P1astic Materials, J Арр1. Mecl1a
nics, 17,334 (1950).
12. G r е е n 5. J., Agi tation in Process Design, Trans. 1 nst. Chem. Е ng. (Lon
don), 31, 327 (1953).
13. Н а v е n h i 11 R. S., E1ectrica1 Contact Potentials in Banbury Mixing,
Ind. Eng. Chem. 45, 1 128 (1953).
14. Hu1bert Н. M. J I(atz 5., Street L. F., Extrusion Tlleory
Рrосееdiпgs 14th Antec., Soc. P1astics Eng. J 177 (1958).
з *
500
r Л. VII. СМЕШЕНИЕ И ДИСПЕРrИРОВАНИЕ
15. Н u т ln е I С., Mathelnatical Сапsidеrаtiопs of Rol1 Mill Ореrаtiоп, J у
Oi1 а. Colour Chemists Assoc., 39, 777 (1956).
16. J о п е s Н. С., S п у d е r Е. G., Banbury Мiхiпg of Zinc Oxide, Ind.
Eng. Chem., 43, 2602 (1951).
17. L а с е у Р. М. С., Deve10plnents iп the Theory of Particle Мiхiпg. J.
Appl. СЬеln (London), 4, 257 (1954).
18.. L о w еР., Some Problems in the Dispersion of Piglnents for P1astics, Brit.
Plastics, 27, 304 (1954). _
19. М i с h а е 1 s А. S., Р u z i п а u s k u s у., Eva1uating Реriоrmапсе
of Mechanica1 Mi xing Processes: ТЬе Dextrose.. Kao1inite Water Syst en1 t.
Cheln. Епg. Progr., 50, 604 (1954).
20. Mohr, W. О., Saxton R. L., Jepson с. Н., Theory of Mixing
in the Siпg1е Sсrеw Extruder, Ind. Епg. СЬеln., 49, 1857 (1957).
21. Qui11en С. S., Mixing, СЬеln. Епg., 61,204 (1954)а _
22. Roth F. L., Decker G. Е., Stiehler Ra о.) Telnperatut"e
Control Durjng Mixingr of Rubber Compounds. Rubber World, 132, 482
( 1955) .
23. S е а ln а n R. G., М е r r i 1 1 А. М., Масhiпеrу and Equiplnent for
Rubber and P1astics, Ne\v York, Lenz and Riecker, Inc., 1952.
24,. S е 11 Н. S., М с С u t с h е о п, R. J., Banbury. Dispersion of High..
Stуrепе Copo1Ylner Resins with Rubber, Rubber Age, 75, 841 (1954).
25. S 1 о а n е о. У., Craft and Science iп Linoleuln Manufacture, J. Oi1 а. Со..
lour Chelnists Assoc., 39, 733 (1956).
26. S реп с е r R. S., W- i 1 е у R. Ма, ТЬе Мiхiпg of. Very Viscous Liquids,
J. Col1oid Sci., 6, 133 (1951).
27. W а с k Р. Е., А п t h о п у R. L., G u t h Е., E1ectrica1 Conductivity
of GR S and Natura1 Rubber Stocks Loaded With Sha\vingigan апd R 49
Blacks, J Арр1. Phys.J 18,456 (1947).
.... ...h.........LI...
/
32*
r лава V 1 1 I
ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ листовыx МА ТЕРИАЛО8*
в промышленности пластических масс формование изделий из
листов представляет собоt'I процесс, при котором лист термопла...
u
стичноrо матери.ала, HarpeTbIH до температуры размяrчения, под..
верrают вытяжке, придавая ему необходимую форму, а затем
охлаждают и удаляют из формовочной машины. В большинстве
случаев отформованное изделие выубаютT из исходноrо листа
(заrотовки). Усилие, необходимое для формования, создается
механически, rидравлически, пневматически или при помощи
вакуума.
Формование изделий из листов .является одним из самых
u
ранн.ИХ методов изrотовления детален из пластических масс.
Впервые этот метод начал примеlIЯТЬСЯ в конце прошлоrо столе...
ти я (выдувание изделий из целлулоида).
Формование изделий из листов применялось в основном при
переработке полиакрилатов и целлюлозы методом пневмоформо-
вания и по сравнению с литьем под давлением было очень мало
распространено. Введение вакуумформования, усовершенствова
ние оборудования и появление новых термопластичных материа..
лов все это способствовало распространению в промышленности
метода формования из листов!!, 13. В настоящее время известны
четыре основных метода формования изделии из листов и более
u
двадцати разновидностеи этих методов.
Целесообразность применения процесса фОРlVlования из листов
определяется обычно экономическими соображениями. Если не..
обходимо получить изделие с большой поверхностью и относи..
тельно небольшой толщиной стенки, форrvlование из листа являет
ся единственно приемлемым методом.
В данной rлаве описаны четыре основных метода формования
u
из листов и несколько разновидностеи этих методов, а. также
различные типы машИН для вакуумформования.
При формовании изделий из листов особенно важно получить
изделия с равномерной толщиной стеНI{И и над.пежащим образом
J"
* Н. П л а т ц е р (N. PIatzer, Ph. о. PIastics Divisiоп. Monsanto Chelnical
Сатрапу).
502 r л. V' J I [. ФО рлtО B. \HIIE у! ЗДЕJIИй I3 ЛIIСТО В ы.х л", А Те Pt I:\.ПО В
.......
""""""""ъ.....о
,
ориентированным материалом. Способы решения этих задач, а
также друrие вопросы производства раСС1VlаТрllваются ниже_
Основные методы формования изделий из листов
1. Штампооание
lllтампование это процесс, IlрИ I<'OTOpOM лист термопластич
loro материала наrревается до температуры размяrчения и затеl'vI
формуется при помощи матрицы и пуансона (рис. 8, lа). Про
цесс осуществляется на rидравлиqеском или пневматическом прес
се под давлением 0,35 10,5 f{r/CM2
f-
IJер:СНАН
прllЖllННОН
лолураl1а
Л!lОНСОН
W)
Лист
Oт8e/lcтllR
оля 6IJ/xoda
B03dl/Xa
/1уонсон
.....
.-
j
l'IотРlIца
о
Упор
IILI.JfCJfЯЯ
ЛРllЖl1ННОЯ
лолуронtZ
!lрllЖL/НJfОЯ
рона
а
ЛfJонлоlJна
6с . ..J"}
C:JICaтblU
60З0l/Х
Hoтfll.ll(a V
ОтВерстllЯ
tJля .dbIxooa dозtlуха
4
IIp L/ *1.1 ИН ан
рона
J1aтpl.lqa
Bolt'!I!lI"1f1bIe 80 'У!I/'1нь/а
канаЛьt 80К!I!J/1 стол
ё
.
Рис. 8,1. Основные f\'1етоды формования изделий из листовоrо терl\10П.п астичноrо
l\:f атер и а..l а:
а штампованис; б фОрМОБанне с проска.rIь3ыIаниеt\ff листа в ПРиЖИМИОЙ раме; в форМоваННt,
сжатыlM JЗоздухом (пневмоформование); 2 вакуумформование.
Из всех методов формования из листов этот метод является
самым дороrим, поскольку он требует изrотовления сопряженных
матрицы и пуансона. Детали формы изrотовляются из стали или
ЧЕТЫРЕ Л'\ЕТОДА ФОРЛ10ВАН}lЯ ИЗДЕЛI--Irl 1.13 JI11CTOB
503
.
..
-армированноrо алюминия и в них обязатеJ1ЬНО пред)'сматриваются
сверления для удаления воздуха из зоны формования.
Первоначально этот метод примеНЯJIСЯ Д.ля штампования I\1e
таллических изделий. В промышленности пластических масс Me
тодом llIтампования успешно fIзrотов,пяются изделия из таl\ИХ
материалов, как ударопрочный полистирол и друrие полимеры.
2. Формование с проскальзыванием листа в прижимной раме
Формование с проскальзыванием это процесс, при котором
лист термопластичноrо материала натяrи_вается на выпуклую
форму (пуансон). Процесс осуществляется на пневматичеСКОI\1
прессе с верхним и нижним цилиндрами.
Вначале лист термопласта помещают на НИЖНЮIО прижимную
ПОL!Iураму и наrревают до температуры формования_ Затем Harpe
ватель удаляют и прижимную раму замыкают. ПОСtJТIе этоrо ра1\1У
u u
опускают вниз, натяrивая зажатыи в неи .JIИСТ на НеподвиЖНыи
пуансон. При этом на стыке полурам поддерживается такая на..
rрузка, чтобы лист Mor ПРОСl{аJIьзывать между ними по мере
их опускания (рис. 8,1,6).
Величина проскальзывания реrулируется 1\1аксимаjIЬНЫМ дaB
u
лением в нижнем цилиндре, поршень KOToporo связан с ни)кнеи
Q
полурамои) а также П.ТIОlцадью Jlиста, зажатоrо между двумя по
/fYP амами_
r лубина вытяжки определяется высотой расположения orpa
ничиваЮЩfIХ ХОД рамы упоров..оrраничителей по отношению 1<'
fIyaHCOHY. Стыки rIолурам ПРОфИЛИРУIОТСЯ таким образом, чтобы
можно было реrулировать величину проскальзывания, не .вызы
вая охлаждения листа.
3. Формование сжа rым воздухом (пневмоформование)
Пневмоформование -это процесс, при котором наrретый LTIIICT
u
термопласта прижимается сжатыrvf воздухом l{ внутреннеи поверх
ности матрицы. Для этоrо лист закрепляется по контуру полости
I'vlатрицы и наrревается До тех пор, пока слеrка не провиснет.
Затем воздух, подоrретый и сжатый приблизительно до 10 аm)и,
подается в пр.остранство над листом и прижимает лист квнутрен..
ней поверхности матрицы. Для выхода воздуха из полости MaT
рицы в ней должны быть предусмотрены отверстия.
Этот процесс можно ]{омбинировать с механической или Ba
- u
куумнои ВЫТЯЖIСОИ.
8акуумформование
При вакуумформовании лист термопласта закрепляется по KOH
туру формы И наrревается при помощи радиационных HarpeBaTe
лей. Давление, необходимое для формования изделия, создается
за счет разности давлений между наРУЖНЫIvl атмосферным давле
504
rл. VIII. ФОРiV\ОВЛНИЕ уlЗДЕJIИй ИЗ ЛИСТОВЫХ J\\ЛТЕРИАЛОВ
,
.
1
1
.
нием и внутренним разрежением, создаваемым в полости между
пистом и поверхностью формы. После охлаждения, необходимоrо
для фиксации формы изделия, последнее удаляют из матрицы.
При вакуумформовании усилия, ВОСПРИНИl\11аемые формой,
Qтносительно невелики. Это дает возможность использовать для
изrотовления форм недефицитные и леrкообрабатываемые MaTe
риалы, что в значительной мере удешевляет данный метод формо
.вания.
Оборудование, необходимое для вакуумформования, также
u
очень несложно и состоит из наrревателя, зажимноrо устроиства,
u
вакуум",насоса с ресивером и клапана вакуумнои ЛlIНИИ.
Современные машины для формования и листов представляют
собой автоматы или полуавтоматы. Часто в этих машинах наряду
(' вакуумом применяется давление.
Разновидности метоДОВ формования И3 листов
Различные способы шта.МD08ания
Вытяжка эластичным пуансоном. При ИЗСОТОВЛСНИИ изделий
llебольшой r лубины пуансон может быть заменен резиновой диа-
фраrмой (рис. 8,2,а). Давление на изделие, создаваемое жид
костью И..1IИ воздухом, передается через резиновую диафраrму и
придает листу конфиrурацию формы,
+
Диет
JfCиti/'(OCmb
/ РеЗUflоdод
ПРО/( лоо/(а
1
· ТолнотеJJ/J
"
i.. ..
...,
..
.ласт
./
':':' " /10171jJ'.JL(a,
.. J
IljJUЖt.J М IIОII
/1 ом а
ЛfJt.J Жt.JН Н од
рона
J( ал ы.{ о
а
t
Рис. 8,2. Разновидности illтампования:
а..........ВЬ1ТяжКа эластичным пуансоном; б........ВьrТяжКа центральным толкателем с креплением
заrотоВКИ ПО контуру.
Вытяжка центральным толкателем с креплением за.rОТ08КИ
по контуру. Обрабl\тывземый .пист помещают между ПРИЖI1МНЫМИ
кольцами и придают ему определенную форму, вдавливая в иеrо
-толкатель (рис. 8,2,6).
РАЗНОВИДI--IОСТИ МЕ"rодов ФОРМОВАНИЯ ИЗ ЛИСТОВ
1 r
505
При этом форма толкателя может и не совпадать с внут",
ренней формой изделия. Возможны два. варианта: холодный
u
толкатель вдавливают в разоrретыи лист на определенную r лу
бину либо, наоборот, наrревают толкатель и вдавливают ero
в холодныеl лист. Во втором случае толкатель должен иметь ту
же форму, что и изделие.
Настоящий метод успешно применяется для формова.ния из-о
делий небольшой r лубины.
, Меняя разность диаметров прижимноrо кольца и толкателя,
можно получать изделия с различным yr лом наклона стенок.
(до 90°). .
Различные способы формова.ния сжатым воздухом
Формование непосредственно сжатым воздухом. Выд "вная,
машина с ручным управлением схематически изображена на..
рис. 8,3. Лист термопласта прижимают по контуру матрицы и Ha ,
rревают на ревателями инфракрас..
110ro излучения. После разоrрева
u
JJИСТ накрывается крышкои, которая
та кже пр ижимается по контуру MaT
рицы. Под КРЬ1ШКУ подается подо
rретый воздух под давлением 5
8 KF /см 2 , который прижимает разо..
u u
rретыи лист к внутреннеи поверхности
матрицы. Для paBHoMepHoro рас-
пределения подаваемоrо воздуха на
внутренней поверхности плиты уста- J
навливается дискотражатель. Воздух
из полости матрицы удаляется
через отверстия, которые затем
MorYT быть использованы при ох..
лаждении изделия. 27
Свободное выдувание. Этот спо.
соб применяется обычно для формо
вания из листов полиакрилатов.
Лист зажимают по контуру прорези
крышки резервуара для сжатоrо воз--
духа и наrревают. В резервуар подается сжатый воздух, который
выдувает из листа большой пузырь. Размер пузыря зависит от'
давления воздуха и интенсивности обоrрева. Для разделения пу...
зыря на более мелкие MorYT быть использованы различные про*
фили (кольца, прутки и стеРЖНII), закрепленные над листом. Этим
способом получают изделия с ВJ:>IСОКИМИ оптическими качествами .
наПРИl\1ер фонарl'I и:аБИI-I caMo ТIeToB.
' .
ё
.
...... -...... - -
I I
\.... ../'
.
'
Q.)
Рис. 8,3. Л\ашина для фОРi\10""
вания сжатым воздухом:
J инфРакрасные наrреватели; 2 пре
дохранительный клапан; 3 клапан;
воздушной ЛИНИИ; 4 форма.
506 r -Тl. \' J 1 J. ФО Р .\\l) ВД.Н у! Е J I :)) Е.Л J11 1 1/J 3 Л 1/1 (: ТО в ЫХ i\t'iAT Е Р J/ J z\.П О В
Пневмоформова.ние с применением толкателя. Этот про есс
ОСУlцествляется при пqМОЩ[I пнеВNiатическоrо пресса: J11)ИВ()Д 1
u
u ero в ДВI-Iжение полыи толкате ryь
соответствующей формы и размеров
(рис. 8,4). Прl-I опускании ШТОI<а
J1peCCa края LТIиста зажимаются между
J
П.IIl'1ТОИ пресса 1'1 ПРИЖИ IНЫМ КОJlЬЦО \t1
I\lатрицы. В образоваВllIИЙСЯ заМr<Нj/
тый объем между ПС)ТIИТО I l{ t;1ИСТОNr
через отверСТl'1Я в полом ТОJIJ(атеtпе
подается сжатый ВОЗ/IJ УХ. tТIист' .11)И
Жl'1мается J( BHYTpeHHe { повеl)Х HOCTYJ
1\1атрицы, восп РОИЗВОД5l ее ф:Jр '1У.
.
Лист
/
: :
ноареUотель
J
Ко. л ь Ц еtJ.л/(
c!l0i(U
( /
[
РазоеjJе U лt/ст а
:L =1 [
2
ДаUлеНl/е
[ L
JОNреплеНt/ е .лист а
3 jl .: :
, ,
llepeodt/.JICeHlIe
/(олtJце6ь/х c!JtfOI<
1[ =
Пневмоформование с креПtJ1еlI!.It'. vI
заrОТОВКl'1 по контуру. Этот способ
(рис. 8 5) обычно ПРИl\lеняется пр (
из rот()влен 1'11-1 прозрачных крЫIJlек
Д.П я упаКОВ]{l'1 Пl-Iщевых про) уктов 1,
В ПI1:татеLl'IЬ машины заrружается
стопка тонких дисконых заrОТОВО1 .
В аКууТI\Л ПрI{СОС захватывае1\ заrотов
J(Y 1'1 УJ(Jlадывает ее. в открыт),тю фор
1\1),'. Зате1\1 форма заJ(рывается и начи
rlаетСя HarpeB заrотовки. ЗадаННЬ1}I
теl\111ераТУIJНЫЙ реясиi'-Л поддерtI<ивается автомаТl'1чеСКl'1. Кольuевые
r уБJ(И пере. цвиrаl0ТС5l на некоторое l)аССТ()ЯНI1е по направлеНl'1fО к
8blтOJ} Nu doNl/ e
, [ ..:
Сжать/и
t70ЗО!/Х
5 G
I
.2
а
Рис. 8,4. ПнеВ!v{ОФОРl\{ование
с пр и :vrеиениеlVI тол кате.п я:
J ,nист; 2 Е1трица; З веНТIIЛЯЦНОН
BbIe отверстия; 4 проклэ.Дl{а; 5 I(о.пь
до; б ТО,,1I(JТСЛЬ .
"
CJlCoтbId ..
dOJd!lZ
б
J
[
Рис. 8,5. ПнеВl\J(ОфОрМО
ванне с крепленне1VI заrо
ТОВ1(Н по КОНТУР'У.
РАЗНОВИДНОСТИ МЕТОДОВ ФОРМОВАНИЯ ИЗ ЛИСТОВ
507
&
........
l\1atpI-Iце, натяrI-Iвая на нее разоrретый v'ТJист. Затем сясатым B03 .
u
духом лист ПРИ}КI-Iмается к охлаждаемои части полости l'л:аТрI-IЦЫ.
ПОСl-lIе затвердевания термопласта форма открывается I-I изде..
лие вытаЛКliвается струей воздуха I-I.ПI-I вытаЛКI-Iвателем. Далее
издеЛIIе по наклонному .потку попадает в бункер rотовой продук
(.
.' ..
. о..
о' ..
. ...,.....
... ..
. :.".' ,:-.-. . .'. < ::;:; ": :; <::-:::::: . :::::: -: :.,:; ::::.:::.:.: :-:: :;: :: :::::: ':;:: :.< -: :-::::
- - " ,- '-: (, 'I- :; - '. _; . _): .; ::.: . . '; :. ':;' : : : : :(: ': ': ': : :
'.. ......-.-.....'.'.'.:__....-.",....'......,....'....
, . ! :: :: j:5:юIН...::;f.: :[.[;;!.'::::?-[:./I::::Т
. . .:.'....,.,.:_'.'..._'-'_.....,-... ,'.',' ':::.',
.:. ; : ?f r il r)l ;': f: .: l i :f i :: : '
.', ',','.', '. '. '. '.'.'. ".,' ...'.'.'. ...,.... ... '.'
r . . . . . .... .............,..
, .. ::./i: ::y/j://i)?.)..п/::T\::.::?i. ii:.:.:.:
:::' . ....): _,.jjО:: i)и /?\л;j:у?]?).)
. 'r' ' .,. ...'.' . '...' . . . ..'. ..'. ....
. . r..........
-.' . ;:: i: ; : : ::.:.':i
..: : :; ; :'.; .'.:':::'::";:::':::;:: ?:>:
{!(/ п. /(i!Ш>Ш??
. '.... .....
. ;. '.. . : . . . :
':. . :.:..: :, ;:
. .:':'::: ::: ; : : : :
.-::/:Ш:/:;=Ш [Ш :}
'. , , . .'. .' 'r','.'. '...'
. .'.. ..'.'.'.'.'; " .'....
UШ??!/)Шf :
; : ; : : ; : : ;: :
/...'.'......,......... : .
,.........................
. . ..... ...... ..... '.'.'.' .
<
.:- ;.:. :.:. : о: 0:.:. .:-:
.............
..'.'....'.'.'.'r','.','.'
И/f !Й#Ж ::::.
:: ::: : : ::: : ::: :; ;;;'
. . : : :l :: : : :.
'. ..
. . . . .
. ,
:.<::
...
...
... ....
.. ......
.. .....,........ .
.... ....
................r.
::::.:'..'.::.:::.::::'i)(}:}Ji/:;.. ,: ::.:':<{::':';;:{/:: ':.
. .... .... ...
...... ...... .... . .'. .
Рис. 8,6. rидравлическая машина с шестью рабочими rО.ловками
д.ля фОр?\Iования листа.
ЦИI-I. На рис. 8,6 показана автоматическая маШI-Iна с rI-Iдравличе
ским ПРI-IВОДОМ и С шестью формующими rО ТIовками, которая
может об.рабатывать заrотовки диаметром до 125 ММ. Скорость
формования зависит от ТИпа выпускаемоrо изделия, толщины заrо
товки и вида ПРIIменяемоrо терм оп л ас та. НаПрI-Il\1ер ПрI-I фор
MObaHI-II-1 I-IздеЛI-IЙ весом 450 2- из ориентированноrо ПОЛI-Iстирола
ТОЛЩI-IНОЙ 0,25 ММ на машине с шестью рабочиrли rоловками
была ДОСТI-Irнута прОИЗВОДI-Iтельность 90 Изделий в минуту. По
стоимости пластмассовые КРЫШКI-I успе[пно КОНКУРI-IРУЮТ санало...
rИЧНЫМI-I I-IздеЛИЯМI-I из бумаrи.
На pI-IС. 8,7 показан автомат с рулонным питаНI-Iем ЛI-IСТОВЫМ
lVlатериалом для формования разнообразных издеЛI-IЙ БО.ТIЬШИХ
размеров (иrрушки, коробки, упаковоцные футляры и т. п.)..
}\t\.аШI-Iна COCTOI-IT I-IЗ 22..тоиноrо формующеrо и вырубноrо эксuент .
pI-IКОВОrо пресса, автоматическоrо mexaHI-Iзма для питаНI-IЯ РУЛОf-:
.508 fJl. VIII. ФОРl\\ОВАI1:у1Е I/IЗДЕЛIlfl I-IЗ ЛI/IСТ()ВЫХ !У1АТЕРИ J\ЛОВ
.
...
...
...
......
ным материалом и ПРУ1способления для резки отходов. Пленка
из ПОЛУ1мерноrо l'латериала rоризонтально протяrУ1вается через
машину; изделие вырубается из заrотовки после завершения
процесса формоваНУ1Я, но до извлечеНу1Я изделия у1З формы. Так,
наПрУ1мер, подносы размером 125 х 250 х 75 .i11/vl }IЗ ориеIJТИРО
...,'. -::''''_:.::;:;:::r:''''
....:0
- ::'
.:,,'.'
,1-',.',
-0'0-'
.( :'
- .
'"
;. ::: .
".'.'
['-:::
\,",.
С.:-.:
; . .' .
Н:'
t...
1:/':
10.:-"
1".
,",
..-,'
:: I: ,.
:-:..
, .
. .
, ','
.';
.,.
::.
..'. ..
i '::- .
8.8.
'..
. ..... -
ЛОУ. .
1 .«.-., .
-r.;'.:.:..
!,::: -:...,
" ..II
Рис. 8,7. Машина для фОр!'rlования листа с ваЛI{ОВЫМ питателе 'I.
ванной полистирольной пленки толщиной 0,25 ММ изrотовля
ли('.ь со скоростью 20 изделий в минуту. MOrYT применяться и
друrие неориентированные пленочные и листовые материалы.
Различные способы вакуумформова.ния
Формование епосредственно под действием вакуума (неrативw
'ное вакуумформование). Это IIаиболее старый и простой способ
вакуумформования. Формуемый TaKy1M способом (JIy1CT укрепляют
над формой или формовочной камерой (рис. 8 8) вручную. ПрУ1
u
помощи прижимнои рамы,. что предотвращает попадание воздуха
в полость ФОРМОВОЧfIОЙ I<aMepbI в процессе формования. К по.. "
BepXHocTY1 зажатоrО листа подводят наrреватель. После Toro как
лв:ст размяrЧУ1ТСЯ, наrреватель удаляют и в формовочной камере
создают разрежеНУ1е. В результате ЭТОrо t.l1y1CT MrHoBeHHo втяrу1ва
.,ется в ее ПО ТIость. '
РАЗНОВИДНОСТИ МЕТОДОВ ФОРМОВАНИЯ ИЗ ЛИСТОВ
509
..v ..
[.. Формование в MampUl{e. Этот способ дает ВОЗМОЖIIОСТЬ получать
IIзделия, наружная поверхность которых в точности ВОСПрОУIЗВО--
Д IТ форму уI.ТIи тиснение внутренней повеРХНОСТJ1 матриц37. Баку...
умформование успешно ПРуIме..
няется для изrотовления уlзде...
лий с относительно небольшой
u U
вытяжкои, однако у издеЛуIИ
с небольшим радиусом cKpyr ле..
НуIЙ и с относите.льно большой
....-
1t8:J
JОНfJепленuе
лuста
r2j
2 r" :
1><1
!focjJetJOHue
L . .
IВJ
CE:J
J
c8:t
- . . .' . - . J._' . . .' ....: .....
а
3
.fJ,jlmn.Jk:/(a
J:><1
4
r>q
t>SJ
+
tf
Рис. 8,8. Формование
в 1\1 атрице.
Рис. 8,9 Формование на
пуансоне:
а.........неподВнжная зажимная ра..
ма: б подвижная ДВойная
зажимная рама.
rлубиной наблюдается значительное утонение уrловых участков
и днищ. Вакуумформование с. использованием мноrоrнездных
\tlатриц более экономично, чем формование с применениеl\1 экви-
'валентноrо числа пуансонов, поскольку первый способ позво--
lяет раСпОЛОЖУIТЬ матрицы ближе друr к друrу, что дает возмо}к..
ность получить больше изделий при той же площади перерабо
T3HHoro термопластичноrо листа.
.
Формование на пуансоне. Разновидностью метода bakyylV'Y--
формования является формование на пуансоне, помещенноl'Л в фор..
1\10ВОЧНУЮ камеру (рис. 8,9,а).
S10 r 1. yrIIl. ФОР;\\ОВАНИЕ 1-I3ДЕJlvlfI 1-13 Jll-'IСТОВbIХ МЛТЕР1'IАЛОВ
............. .
Лист, зажатый в ПРИЖИМНОЙ раме на некоторой высоте от фор--
мы, наrревается, а затем вручную у1ЛИ механицес'КИ ПОДВОДу1ТСЯ
к форме (рис. 8,9)6).
При формоваНИУ1 этим способом получают изделия с нау1БОtПЬ
шей толщиной CTeHKy1 в верхней чаСТу1. Поскольку лист терма..
u
ПJlаСТу1ЧНОI'О матеРУ1ала подверrается знацительнои вытяжке ВДОJIЬ
стенок формовочной камеры, образуется большое количество от..
ходов. Описанный метод рекомендуется для формоваНУ1Я IJТfИСТОВ,
даЮIl у1Х ПРОВУ1саНУ1е ПрУ1 HarpeBe) поскольку при этом исключается
возможность преждевременноrо соприкосновения rорячеrо ЛИСТё
y1 холодноrо пуансона. В ПРОТУ1ВНОМ С.с/Т"lучае Лу1СТ ПРИЛУ1пает l(
верхней чаС,Ту1 пуансона и при формоваНУ1У1 получается у1здеЛу1е с
местным утос;ntцеНу1ем CTeHKy1.
Л1етод формоваНУ1Я на пуансоне успешно ПРУ1меняется, HanpY1
мер, для изrотовления из тонколистовоrо материала рельефных
rеоrрафУ1чеСКУ1Х KapT поскольку пуансон, препятствуя усадке
L1иста, позволяет БОIJТIее ТОЧНО"зафУ1ксировать размеры 1-1здеJ1ИЯ 110
сравнению с 'фСРl\10ванием В матриuе.
Свободное вакуумформова.ние. По этому спссобj( JIIICT закреп-
ляeTcя над вакуумной камерой (в КОТОРОЙ нет ни матрицы, ни
п)тансона) и наrревается. По ДОСТу1жеНИУ1 определенной температ /
l)ы создается вакуум, и Лу1СТ втяrу1вается в ваКУУI\1НУЮ камеру, не-
касаясь, однако, ее стенок. Коrда образовавшаяся ПО()Тfусфера ДO
CTy1rHeT необходимой rлубины, разре)кение умеIlьшают y1 величина
ero поддеРЖУ1вается постоянной до полноrо остывания фОрМу1емо
ro у1здеЛу1Я. Для реrУЛу1роваНу1Я ве Т1у1Чу1НЫ вакуума часто у1СПОЛЬ
з у 'ется фотоэлемент, настраУ1ваеrvlЫЙ на определенную rлубину"
ВЫТЯЖКу1 Лу1ста. _ Описанный способ анаJ10rичен свободному BЫД)T
u
ваНу1Ю и такясе ПРУ1меняется для и:зrотовления у1зделии в виде
ПОIJТfусферы с BbICOKy1My1 ОПТу1чеСКИМу1 качестваМу1. Обычно для это 11.
t еЛу1 ИСПО 1ЬЗУЮТСЯ ПОЛу1аКРИ4.llаты. .
8а.куумформование с обжатием и охла.ждением на пуансоне.
Непосредственное вакуумформоваНУ1е У1зделий y13 жеСТКу1Х JII-I..
стовых термопластичных matepl-1аJI0В и'зучено довольно подробно..
Однако ряд трудностей ВОЗНу1кает при фОрl\iовании из листов, I{O
торые в ШУ1РОКОМ интервале температур обладают высокой элас.тич
ностью и упруrостью. К TaKy1M термопластам относятся некоторые
СОПОЛУ1меры аКРУ1ЛОНУ1ТРУ1ла y1 бутаДУ1ена со стиролом, которые об
ладают высокой эластичностью, а также пластифицированный пс
ЛИВУ1НУ1.ПХЛОРУ1Д. В подобных СtJТIучаях отдают предпочтение та}{
называемому вакуумформоваНУ1Ю с обжатием на пуансоне. .II ист
f-'
1\1атериаt,па наrревается 11 затем под деИСТВу1ем разрежеНУ1Я втя
I ивается в полость вакуумноЙ камеры так ясе, как при свобод
110М вакуумформоваНУ1У1 (Py1C. 8,10). После вытяжки Лу1ста на дc
статочную fLlТIутБУ1НУ в ваКУУ1\.iНУЮ камеру вводится пуаIIСОН. Коrда
Р ДЗНО[)ИДНОСТуl j\'lЕТОДОВ форл,"\овлниrr l'IЗ листов
511
C:::J
упоры соприкасаются с корпу
о
co [ вакуумнои KaMepbI, разре
жеНl-1е СНI-1мается. Iiаrреты1й
u
уп р yrl-1l-1 лист CT.peMI-1 rся вер..
нуться в первоначальное по о
}l(eHI-1е, но, соприкас.аясь с xo
itIОДНЫМ пуансоном, п Т]отно Oo
леrает ero 1-1 застывает, образ У' я
изде fJl-1е заданно}! фор!'лы. Этот
метод также., применяется Д Т1Я
формоваНl-1Я издеvТ"IИЙ 1-13 ЛИСТО
BOI"O ПОi/Т]иакрилата.
Некоторые спеЦl-1аЛffСТЫ счи
тают целесообразным соеДl-1НЯТЬ
пуансон с вакуумной Лl'lнией. Это
приводит К получеНl-1Ю l-1зде,,1ИЙ
бо.нее точной формы (pl-1C. 8, I 1).
.
,]аt<репдеНlIе лuста
п!lOHCOI(
I
.
1
.......
Haepet7aNuo
2 .
t
1
а
f ..
. C::::J
J
C:::J
t
/( dal(!I!/H H(lCOC!I
# dQ)(!I!lI'1.../ttlctJC!J
't
<
t
8ытал Ifll Оа lillе
s
Рис. 8, 11 ФОрlVlОВ ание с rr р .
соединением пуансона I p.aKY
u
умнои линии.
о
о
Формование обычно провод.ят но
пневматическом прессе с Bep
НИNl - раСположением ЦI-1ЛI-1НДра.
Часто' с.наРУЖI-1 пресса {CTa
наВЛl-1ваются наrревате..1И.
8акуумформова.ние с натяrи..
ва.нием листа на. пуансон (поз !--
'fивное формование с предвари
тельной механической вытяжкой).
Пс) .ЭТОl\/IУ способ у 13, 24, 25, 34, 39, 40 l\/I0ЖНО получать Ifзде 1ТИЯ с r.пу ба
'I oi-i вытяж](ой. J1ист ТерIVIОПJIаста З'э}l(Иl\l[ается в раме; rаСПО!10
Рис.. 8 1 о. ВаI\УУ '1формованне
с об)катие1\f и охлаждение\J
на пvаНСОНе.
...
512 rJ1. VIII. ФОРМОВАНИЕ vI3ДЕЛl1й 113 Луl ТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Jанрепленuе .//иста
I
JОКfJеллеНtlе лtlста
C:::I
C:::I
I
... . . ... .
,. " . -
C:::I
'=1
Il!l{/НСОН
ц
z
h'aefJet/a #и6'
r . I
C:::::J
2
з
njJеtJdаjJuтельнод
t/ь!тЯЖI((l
+
181
181+
Толнатель
/A
r I 4J
/'1атриЦll
т J
Наереdоние
J
\- " :,.-:
.
L
r
.
{JngcHaHue толноmеЛI1
,J
Ва Н!/!/НфО'рноdо Hl/i'
8UKyyt1tpopl106'aHlIe .
ВЬlтаЛ/(l/QUНlIе
s
c::::r
с:::а
80зilух
JI
= J
t
J
ВЬlталкиtJоние
5"
Рис. 8, 12. Вакуумформо..
пание с натяrиваниеJ\1
листа на пуансон.
Рис. 8, 13. В (1 I< УУl'.лф аР 1\1 ОБ а н и е с
l1РИ!\'lенениеf\,t ТОJl К ате.ЛЯ .
.
.........'Ч"""-"
l8J
C
80ЗОУХ
РАЗIIОВИДНОСТИ МЕТОДОВ ФОРJ\10ВАНуIЯ ИЗ Лl-1СТОВ
513
u
я(еннои над перевернутым пуансоном, и наrревается радиацион"
НЫl\ЛИ наrревателями (рис. 8,12).
По достижеНl-1l-1 температуры формования лист, зажатый в ра..
му, опускается и натяrивается на пуансон. После TorO как разо..
rретый Лl-1СТ плотно обтянет пуансон, во внутренней ПОЛОСТl-1 пуан"
сона создается вакуум, бtпаrодаря чему предваРl-1тельно вытянутый
.ч:ист плотно облеrает пуансон, точно воспроизводя erO форму.
Охлаждение листа начинается сразу же после соприкосновения с
холодным пуансоном в процессе вытяжки.
Прl-1 фОРl\lоваНИl-1 l-1здеJIИЙ с rлубокой ВЫТЯЖКой очень важным
вопросом является реrУЛl-1рование толщины стенок. Лl-1СТЫ из
u
ПОЛl-1аКРl-1лата l-1 полистирола леrко скользят по холоднои поверх..
HOCTl-1 формы, а ПОЛИЭТl-1леновые листы прилипают к поверхности
формы в местах контакта. .
Следует иметь в виду, что в момент соприкосновения листа с
формой ero толщина в местах контакта (верхняя часть пуансона)
приБЛl-1Зl-1те.JIЬНО равна первоначальной, в то время как на сrибах
и вертикальных участках стенок наблюдается значительное
VTOheHl-1е.
....
Вакуумформование с применением толка'теля. Д,J1Я устранения
иеравномерноrо ytoheHl-1Я стенок изделия был разработан не..
сколько видоизмененный способ вакуумформования в матрице,
названный вакуумформованием с толкателем 28 .
Основная особенность этоrо метода заключается в том, что зажа..
тый по верхнему обрезу формы разоrретый лист вдавливается в
матрицу при ПОМОЩl-1 толкателя; прежде чем создается вакуум,
толкатель, опускаясь сверху BHl-1З, придает листу форму, ПРl-1близи..
тельно соответствующую форме матрицы, и производит предвари..
тельную вытяжку (Pl-1C. 8,13). Как только толкатель ПРl-1ХОДl-1Т в
Нl-1жнее положеНl-1е, в matpl-1t(е создается разрежеНl-1е l-1 Лl-1СТ прижи..
u
мается к внутреннеи повеРХНОСТl-1 matpl-1UbI, точно воспроизводя
рисунок формы. ВакуумформоваНl-1е по этОй схеме можно рассмат"
pl-1вать KaI< «зеркальное отражение) формования с обжатием
на пуансоне.
Во время опускаНl-1Я толкателя воздух, заключенный в по
/IОСТИ матрицы, СЖl-1мается. За счет создавшеrося в полости Ma
Трl-1ЦЫ давления Лl-1СТ плотно ПРl-1Жl-1мается к тол кате..ПЮ. Воздух,
ВЫХОДЯЩl-1Й через стык матрl-1ЦЫ l-1 Лl-1ста, создает ме)кду Hl-1Ml-1 про..
СJI0ЙКУ, которая СЛУЖl-1Т теПJIОl-1ЗОЛЯТОРОМ. Это предотвращает
охлаждение l-1 затвердевание Лl-1ста на краях матрl-1ЦЫ и обеспе-
Чl-1вает равномерную вытяжку Лl-1ста на верхнем rOPl-1зонтальном
участке. Во избея(ание образования дефектов на внутренней по
верхности изделия в толкатель обычно встраивают наrреватели.
Для ускорения охлаждения l-1зделия температуру матрицыI
поддерживают cpaBHl-1тельно невысокой. Т акой способ формоваН1-IЯ
33 Переработка термопластичных материалов
314 rл. VIII. ФОРМОВАНИЕ l-I3ДЕЛИй ИЗ Лl'IСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
позволяет ПОJJучать I-IздеЛI-IЯ с большой r лубиной, равно!vrерной
u
ТО ТIщинои стеI КИ I-I высоким качеством поверхности.
Поско rrьк)т толк.атель заНI-Iмает значительную часть объема
формы, необходимо предусмотреть реrулирование давления воз
духа в полости матрицы. Это осуществляют ЛI-Iбо с помощью чув.
СТВI-Iтельноrо перепускноrо клапана, ЛI-Iбо создают незначитель..
ное разрежение в полости формы.
При сочетании описанноrо способа и формования с натяrива-
u
нием ЛI-Iста на пуансон можнО получать изделия сдвоиными
стенками, наПрI-Iмер корпуса ХОЛОДI-IЛЬНИКОВ (рис. 8,14). В этом
случае рама, заЖI-Iмающая
...;
лист, закрепляется непо
движно, плуня(ер движет-
ся сверху вниз, а матри"
ца СНI-IЗ у вверх.
Вакуумформова,ние с
u d
предварительнои вытяжкои
сжатым воздухом. Этот
способ является разновид-
ностью формования с натя..
rиваНI-Iем 1Ia пуансон 2 , 6, 8
Особенность вакуумфор"
мования с предваритель
u u
нои вытяжкои сжатым
ВОЗДУХОIvI . заключается в
том, что перед натяrива
HI-Iем листа на пуансон
он подверrается вытяжке
(рис. 8,15). ЛI-IСТ термо--
пласта заЖIlмается в не-
подвия(ную раму и Harpe..
u
вается до определеннои
температуры.
ПРИЖI-Iмная рама кре--
ПI-IТСЯ по периметру rep
меТИЧнОrо Корпуса, BHY1't
ри KOToporo в качестве
поршня переДВI-Irается
стол с укрепленным на
нем пуаНСОНОl\I. Для repmeTI-IзаЦI-IИ кожуха на стол надевается
резинов'ая манжета. При ,подъеме стола в кожухе создается дав..
u
.пение, под деиствием KOToporo ЛI-IСТ выдувается в ВI-Iде пузыря,
подверrаясь, таким образом, предварительной вытЯжке.
, Р,,'?з'мер п'узыря реrулируется одним или двумя переПУСКНЫМII
I{-ilап'ан:аМI-I. При вводе ,пуансона внутрь образовавшеrося пузыря
,
I '
Рис. , 14. Изде.пие с ДВО(IНЫI\1Н стеНJ\зrvfИ,
изrотовленное ваКУУМФОР1\fованием с Ha
тяrиванием листа на пуансон и BaKYYM
, формование л с применением толкатеiIЯ.
, , .
""
РДЗНОВl1ДНОСТИ МЕТОДОВ ФОР1\1.0ВАНl'IЯ l'IЗ Лl'IСТОВ
515
L
давление уменьшают и .лист, стремясь вернуться в первоначальное
положение, плотно облеrает форму,. В результате скольжения
листа по поверхности пуансона удается получить изделие с Очень
равномерной ТОЛЩИНОЙ стенки. Этот способ так же, как и способ
формования с .обжатием и охлаждением на пуансоне, обеспечи-
вает однородную двумерную ориентацию материала и снижает
стоимость издеЛуIЙ блаrодаря уменьшению количества отходов.
Наере6а ние
1
CmOl{l/OHOpNOe
J'окдеПJJеНl1е
листа
Л!/ОNСО/f
..,..
njJ(}/(JJOOHtl
t
...
t
I7flеО ОjJl/тельное bltl!l OHl/B л!/3ы,b1
\
s
2
t
t
к tJOKY!J'H-'НОСОСУ
3
r= :)
CJ
L)
C:::J
Рис. 815. BaKYYI\rfHOe формование ' с
U u
предварительнои вытяжкои сжатым
воздухом.
t
"
Обычно величина давлеНуlЯ воздуха' в пр'остранстве между Луl..
стом И подвижным столом бывает достаточна для образования
пузыря. Однако для увеличения размеров пузыря и получения
большей предварительнqй ВЫТЯЖКуl можно применять ДОПОЛНуl"
тельную подачу подоrретоrо сжатоrо вОздуха. Избыточное давле"
Hyle, создающееся ПрII формоваНИУI, снижают при ПОМОЩуl пере..
пускных клапанов.
Вакуумформование с воздушной подушкой. Этот способ яв"
ляется разновидностью формования с применением толкателя и
формования' с предваритель'ной вытяжкой сжатым ВОЗД)1хом 37 .
............... ....
516 r л. VIll. ФОРМОВАНI1Е ИЗДЕЛИй ИЗ листовых МАТЕРИАЛОВ
..
в основе этоrо способа лежит предварительная вытяжка иаrре..
Tor'o ЛуIста при помощи воздуха (PyIC. 8,16). '
80зtl!l,х
J
Тол/(отель
На ере80/lJель
Возt7УШNt7Я
лоtlушна
, ,
" '
ВО30УШНОЯ
ЛlIНlIR
Во NУ!jН//ОЯ
ЛUНlIR
80ЗОУШНОR
.nинин
80 Н!I!/"" н rzя
./IIJNUIl
4
ВЬ/ХОсУ
8ОЗ°!l-Z'а
ВtJо6лиВоние розоереmоео rполнотелп
2
80ЗОУШlfОR
ЛlIНl/R
60/(!/I/IfH0/1
ЛIJНlIR
Лооъен то.лКОЛ7еЛIl
86/3:00
.t703dy-Z'a
5
80Зd!/ШНОЯ
ЛllNlIД
ВОNУ!l/'1Ная
ЛlIНt./Я
603 иу шная
I1UHlIR
ВОНУ!/I1НОЯ
ЛUНUR
Рис. 8, ] 6., Вакуу ,tфОРh,ование с воздушной ПОДУШI<О(!. ,
РАЗНОВИДНОСТI1 [У\ЕТОДОВ ФОРl\'\ОВАНуIЯ 113 ЛI1СТОВ
517
.......
Зажатый в ПрI-1ЖИМНУЮ
рам)' ЛI-1СТ наrревается I-1, ,
u
опускаясь вместе с ра1\10И,
слеrка натяrивается на
matpI-1ЦУ. Затем в полость
матрицы подается воздух,
u
I(ОТОРЫИ раздувает Harpe.
тын .J1IICT в пу зырь. Избы
u
точныи воздух выходит че
рез стык ЛI-1ста I-1 matpI-1ЦЫ.
Сверху в пузырь вдавли
u
вается разоrретыи тол ка-
тель с отверстиями для
подвода ВОЗДУХ а. Т аким
образом, лист как бы Ha
ходится между двумя воз
ДУШНЫМI-1 подушками (со
стороны матрицы и толка
теля). Затем подачу сжа-
Toro воздуха преI<ращают
и в матрI1це создают раз
режеНI-1е, БJIаrодаря чему
лист плотно flPI-1леrает к
u
внутреннеи повеРХНОСТИа
Одновременно с создани-
ем разрежеНI-1Я происхо
дит подъем толкателя.
ОхлаждеНI-1е листа наЧI-1нается немедленно с lVloMeHTa СОПРI-1КОСНО'"
вения ero с поверхностью охлаждаемои matpI-1ЦЫ.
Удаление изделий можно ПРОI-1ЗВОДI-1ТЬ ПрI-1 ПОМОЩI-1 сжатоrо
воздух а. .' .".
Тниверсальная ваКУУМфОрМОВОЧ.ная маШI-1на для формования
Jll0бым I-13 ОПI-1санных методов ПРI-1ведена 'на рис. 8,17.
Рис. 8, 17. Универсальная ваI{УУl\'lфОр:VIОВОЧ
ная l\lзшина.
I(омбинированное пневмо--и вакуумформование
Этот процесс проводят на rI-1дравлическом прессе с одновре1\fен--
ным применение.м вакуума и сжатоrо воздуха (PI-1C. 8,18)а Верхняя
rлад'кая ПЛI-1та пресса имеет электрообоrреlЗ, в НI-1жней ПЛI-1те вы-
nOtТ"lHeHa matpI-1ца. При замыкаНИ!-1 пресса ЛI-1СТ, зажатый 1\'lеЖД)i
двумя П.JII-1таМI-1, наrрепается за счет теплопроводности. Затем
u
через мелкие otbePCTI-1Я в bepXheI-1 ПЛI-1те подаетс.Я воздух под дав..
JIeHI-1ем 3 15 ап1, а в маТрИI ах создают BaKYYl\f. После формова.
НI-1Я дав.тrеНIIе снижается I-1 обоrlJеваемая верхняя ПJ1I-1та пресса
'.
518 ['&Jтr. \: III. ФОРЛ'lО13Аli IЕ уIЗДЕЛI-II:;1 ИЗ Лl-'IСТОВbIХ МАТЕРИАЛОВ
,
..... ....OI!Ь. ..
........... 1..
rIОДНI1:мается вверх. Р аз pe
жеНliе в полостях матриц,
поддерЖУIваIОТ до ПОЛноrо
:::»::; охлаждеНуIЯ изделия.. За
тем ero выталкивают сжа....
тым воздухом.
Этот Сll0соб довол ЬнО
хорошо уIзучен примеНУI
тельно к ОрУIентированным
ПJJенкам из ПОЛИСТуIрола
и полиэфирных смол
ОПуIсанный процесс
дает возможность произ-.
... водить формование и oд
новременное нанесение по..
u
крытии на издеЛуIЯ из раз
личных листовых материа..
лов.
11еобходимо учесть, что
IIPyI HarpeBe ориеНТУIрован
ные пленки подверrаются
усадке, стяrиваются и
прилипают к поверхности
BepXHefI ПЛуIТЫ. Возмож
ны также случаи HepaBHO
MepHoro HarpeBa листов
вследствие провисания
над матрl1цаМI1. Этоrо можно избежать, подавая воздух под дaB
лен и ем в полость матрl-IЦ в IIерУIОД разоrрева ЛуIста.
.......
?«
"" ...
:-::.:.:.:.
.-.....:.:.:
..'......
:- :-:. -:. :.;
,--.--:.'.:
,-,-,-,..
:::::::-:'::
. ....'
...-....
{lП}
...........
.........
: . )?
::\{} \
.'_'_' ','...
',-: - ;.:-:
:-:-:<:::-
...-.......
...',',-,
...,.,"....,
:- : ::::-:.:-
: :.:- :.-. .:
::- - : ::: ,
...-,......
.....,-....-
. : : :
::::;:;::J
:<:.:\
"'-,-
: ' ,::: ::': :
:-:-:-:....
. .0..
о: ._,'. ..
-.. ,-.., -
;I:l l j
: :::::::;:
: ЩЩ
-.-'-...,-.--
',-',- ,':' :'. .
::: ::::::?
._.... ... ,
Рис. 8,18. !v\ашина Д.ТIЯ комБИl-Iированноrо
пнеВI\10 н ваКУУI\1формования.
ВакуумфОРМQ80чные машины
Ма.шины с ручным управлением
В ЭТуIХ машинах управлеНУIе TaKyIMyI операЦУIЯМИ, как за
креПL/ТIеНУIе листа, HarpeBaHYIe, ero выIяжкаa под деЙСТВуIем ваку...
ума, охлаждеНуIе и извлечение уIздеЛуIЯ, осуществляется вруч
ную.
1\-1аШУIна ДЛЯ вакуумФормоваНуIЯ состоит из слеДУЮЩуIХ OCHOB
u U
ных частеи: радиаЦУIонноrо наrревателя, ПРуIЖуIМНОИ рамы ива...
KYYM Hacoca с ресивером и вентилем. атрица.устанавливается
на формовочном столе, которЫЙ имеет oTBepCTyIe, соединяющее..
ero с краном вакуумной ЛуIНИИ через трубопровод большоrо-
диаметра. Часто rOToBbIe изделия уIзвлекаются из формы npyI по
ВАКУУМФОРМОВОЧНЬlЕ МАШИflЫ
519
1.
.
мощи сжатоrо воздуха. Вспомоrательное оборудование состоит
из термореrулятора, поддерживающеrо задаfJНУЮ температур)!
радиационноrо наrревателя, ручноrо штурвала, связанноrо через
червячную пару с механизмом, реrУЛI-IрУЮЩИМ раССТОЯНlfе между
ЛI-IСТОм и наrревателем, и вакуумметраа
Полу а.втома.тические ма ши иы
В полуавтоматических маШI-Iнах зажи м ЛI-Iста I-I I-IЗВJlечеНI-Iе от..
формованных ЛI-IСТОВ ОСУlцествляются ВРУЧJlУЮ. Все остальные.
операции предварительно настраl-Iваются и осуществляются авто..
матичеСКИа Система контроля и реrулирования состоит из мик-
u
ровыключателеи, термореrулятора наrревателя I-Iзлучения, элек..
тромаrнитных клаrlанов, Cl\10HTI-IрОваННbIх вместе с IIетырьмя
pe.Tle времени, упраВЛЯЮЩI-IМI-I продолжительностью Bcero рабоце"
ro цикла: периода наrревания.листа, периода формования и ох..
.паждеНI-IЯа Цепи системы управлеНI-IЯ взаI-IМНО сБЛОКI-Iрованы так,
что каждая послеДУlощая операция не может быть I-Iачата ДО
LJ
ОJ{ончания предшествующеИа
Полуавтоматические машины одинаРНQfО действия. Боль..
ШI-IНСТВО прJ-lменяеl\.IЫХ вакуумформовочныx маШl-IН представляет
собой ОДнОпОЗI-IЦI-Iонные IIолуавтоматы, ПРI-Iчем I-IX констру"
KTl-IВНОе I-IсполнеНI-Iе позволяет осуществлять как непос ред"
ственное ваl{уумформование, так I-I I\fноrОЧI1СJIенные pa3HOBI-I}:(I ОСТI1
эТоrо OCHoBHoro процесса. В таких маШI-Iнах движеНI-Iе
u
различных частеи и mex.aHI-IЗIv10В осуп.\ествляется ПрI-I по..
МОЩI-I пнеВМОЦI-IЛИНДрОВ. Т ак, например, ОДI-IН ЦIIЛI-IНДР переДВI-I"
. v
raeT наrреватель ИЛJ.I ПрI1ЖI1МНУЮ раму по rOPl-lЗ0нтали, ВТОРОуI
u
IIспользуется для перемещеНI-II-I ПРI-IЖI-IМНОИ рамы, ТОЛI{ателя ил('l
формы в bePTI-Iкальном направлеliI-IИ ПрI-I формоваНI-II-I методом
натяrlIваНI-IЯ на пуансон с применеНI-Iем толкателя I-IЛI-I с раздувом
сжатым ВОЗДУХОМа В машинах, аналоrичных установке, изо бра..
женной на РИСа 8,17, ПрI-Il\tеняются три пнеВМОЦI-Iлиндраа Толка..
тель и matpI-Iца I\lorYT одновременно переДВИr.аться навстречу
друr друrу, и включение вакуума может быть синхронизировано
с любым I-IЗ этих перемеПLеНl1Йа В промышленных машинах ПрI-I"
меняются ПрI-Iжимные рамы размерОl\rI от 300 х 300 j tM ДО
3500 х 3500 MArta Хотя перепады давлений при ваКУУl\1формоваНI-II1
OThOCI-Iтельно невелики, суммарная наrрузка на форму БОЛЬШI-IХ
размеров может быть весьма знаЧI-Iтельнаа НаПРI-IIVlер, при работе
с формой размером 200 х 500 ЛtJvt на матрицу действует YCI-IJlI-Iе
в 22 000 Kr, которое передается на стол машI-Iны.
Полуавтоматические ма.шииы двойноrо действия. Для ЛУТ.Jше..
u u
{""О использоваНJIЯ электронаrреватеJIеи I-IзлучеНI-IЯ и для двоиноrо
увеЛl1чеНI-IЯ ПРОI-IЗВОДI-Iтельнос'ти неко.торые маШI-IНЫ изrОТОВJIЯЮТ"
520 rл. \'IJI. ФОР,I\-\ОВАН1'IЕ ИЗДЕЛИй 1'13 ЛИСТОВЫХ МЛТЕРl1ЛЛОВ
.....
ся с двумя baKYYMHblMl-1 столаМI-1. Наrреватель перемещается rOpl-1
зонтально от одноrо стола к друrому, так что во время формо .
baHI-1Я и смены ,...одноrо листа можно прОИЗВОДl-1ТЬ наrревание
друrоrо. '
Мноrопозиционные полузвтомз.тические мз.шины непрерывноrо
деЙСТВИ51. Все операЦI-1I-1, производимые машиноtj, осуществляются
одновременно на различных участках arperaTa. Схема такой
машины предстаВ"ТIена на pl-1C. 8,19. Эта maIIll-1на ПРl-1меняется при
ПРОl-1зводстве внут.ренних обкладок дверей ХОЛОДI-1ЛЬНI-1КОВ и J{cna
рителей к ним 19 .
, .
'lп:)lIЦl1J/ J
!
1l0311ЦllJ/ Л
J
о
2
ЛО311ЦllЯ ZII
J
.
80НУУН
позuцuд IF
Рис. 8,19. Полуавтоматическая четырехпозиционнан
u
l\1ашина непрерывноrо деиствия:
1 зажимное устройство; 2, 3 верхний и НИЖНий наrреватели; 4 пли
та формы. [] 03ИЦIIЯ J за rрузка и вь! rрузка; позиция J J, наrревание;
позиция 1 J J взкуумформование; позиция /V охлаждение.
На цепном транспортере с rl-1дравлическим приводом устанав..
Лl-1ваются четыре ПРИЖl-1мные рамы. Прl-1 движеНl-1И TaKoro транс..
портера каждая рама останавливается cTporo против одноrо из
четырех I-1СпОЛНl-1тельных механизмов, прОl-1ЗВОДЯЩИХ соответст--
венно:. .
1) выемку rO'fOBOrO изделия и закладку HOBoro листа,
2) ДВУХСТОРОННI-1Й HarpeB листа,
3) формование с натяrиванием на пуансон и
4) охлаждение струей воздуха.
ОБЩl-1Й рабочий ЦI-1КЛ ваКУУМфОрl\10ВОЧНОЙ маШl-1НЫ склады...
вается из времени, необходимоrо для Продвижения одной рамы
u
вдоль всех четырех позиции, bpemeHl-1 harpebaHl-1Я ЛI-1ста, bpemeHl-1
формоваНI-1Я, ОХtJТIаждеНI-1Я 1-1 выrрузки издеЛI-1Я. УправлеНl-1е pa
БОЧl-1М цI-1КЛО1\1 осуществляют семь реле bpemeHI-1. Т акая I\iаШI-1на
выпускает 80 .100 l-1здеЛII 1 в 1 ч (Hanpl-1Mep, виутреННl-1Х обкладок
дверей ХОJIОДI-1ЛЬНИКОВ). О.цчн опе.ратор \10)кет оБСЛУЖl-1вать Ma
ВАКУУМФОРМОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
521
IТ""
Шу1НУ, проБУ1вать отверстия в [отовых обкладках на утстановлен"
НОМ рядом с маШу1НОЙ rУ1дравлическом выруБНО1\'1 n рессе II подве"
...,
шивать [отовые у1зделия на цеПНОу1 транспортер.
Чаще У1спользуется трехпОЗУ1ЦУ1онная маШу1на pOTopHoro Ty1na
с револьверным столом (Py1C. 8,20). Стол разделен на TpY1 сектора
по 1200. В каждом 1'13 ЭТу1Х секторов одновремен:но IIРОу1ЗВОДl1ТСЯ
одна ИЗ операций:
Рис. 8,20. ПолуаВТОl'vlатическая трехпозиционная .лашина
....
непреРЬfвноrо деиствия.
1) выrрузка заrрузка,
2) HarpeBaHY1e Лу1ста,
3) формование у1здеЛу1Я 1'1 ero охлаждение.
Автоматические машины
в маШу1нах автоматах все операции СИНХРОНУ13У1рованы и
ПрОУ13ВОДЯТСЯ автоматичеСКу1. ЭТУ1 маШу1НЫ были созданы Д,J1Я
ПрОliЗВодства упаковочных коробок, домашней YTBapY1 (хоз я йст"
веннОй посуды) 1'1 друrУ1Х издеЛу1Й ОТНОСу1тельно неБО.Jlьшоrо объема.
На pY1C. 8,21 показаны раЗЛ1tчные e ,1KOCTJI, у1зrотовJlе.нныc
f\,Iе1'ОДОl\II ваКУУМфОрi\'fоваf!ИЯ.
.522 r тr. \!III. ФОРМОВЛНI1Е J-JЗДЕЛИй ]'.13 JIJ1CTOBblX МАТЕРИАЛОВ
..
'" ..
т
..'"
Мз.шины для формования
из рулонных Мз.терИЗЛО8.
В отличие от машин обще..
ro назначения, в которых
прои.зВОДI-1ТСЯ формование
из заранее нарезанных ЛИ..
стов, эти машины предна...
значены для переработки
rибких материалов, по..
ставляемых в виде рулона
(рис. 8,22). На этих ма-
шинах перерабатывается
любой материал толщиной
от 0,1 до 1 Л1Лi, который
можно закатать в рулон.
Рулон mexaHI-1чеСIСИ разма-
тывается, и matePI-1ал, про..
тяrr1ваеl'ЛЫЙ Ha1" формой,
разоrреваеТСЯ и формует..
ся.. В то время как matepI-1"
ал с отформоваННЫМI-1 из..
делиями транспортирует..
u
ся на друrои участок ма..
u
ШI-1НЫ дЛЯ ОI(ончательнои
'-'
отделки, следующи.и за
u
ниrл свежин материал по-
дается в исходное поло-
жeHиe для формования.
В таких машинах не при..
u
меняется дороrостоящии
метод формоваНI-1Я из лис..
тов. CI(OPOCTb формоваНI-1Я различна I-1 заВIIСI-1Т от вида пере-
рабатываемоrо !\1атериала I-1 ero ТОлЩI-1НЫ. Пленку из жеСТкОrо
ПО.Л:ИВ1-IНI-1лхлорида 1'ОЛЩИНОЙ O!{Oc,r(O 0,2 ММ можно перерабатывать
со скоростыо TIJI-1 ЦI-1кла в МИl УТУ, ПрI-Iменяя при этом MHororHe...
здные матрI1ЦЫ.
Л1ноrопозиционные машины ДJIЯ IJебольших емкостей. Автома--
Tll l lecKlle l\1ноrОI10ЗI-1ционные маш.ины предназначаются для I-1зrо
.rОВJlения неБОJlЬШI-1Х упаlСОВОЧИЫХ коробок методом формования
при ПОМОЩI-1 толка.теля (рис. 8,2 3). ПI-1тание маШI-1НЫ 9существляет'"
ся рулонным litПI-1 предварI-1теJIЬНО нарезаННЫ 1 материалом. Лист
со спеЦI-1аЛЬНЫ!\1If печаТНЫМI-1 пометками ДОЗI-1руется при помощи
фотоэлемента. 3ажа.тый в ПРИЖI-1МНУЮ раму matePI-1ал проходит
rоризонтально вместе с ней через несколько ступеней обоrрева,
причем JII-1CT наrревается сверху и снизу. Температура раДI-1а-
Рис. 8,21. l--Iзделия. полученные методом
вакуумформовапия.
ВАI(УУi\1ФО РМОВОЧНЫЕ
lv\A Пl И f1: Ы
5'23
,
.. ." -'... - - -.
", .'.
.-
, -'}
.:
. '
"
...
. ,.
:-
,
" ...1
),
Рис.
8,22.
J\1 (111] И II а
с
а в т о 1\'1 а т 11 ч е с к и 1\ I
рулон н 1)1 1\'1
п Н Т aTeL 1 е;\.' -
ционных наrревателей реr)'ЛИрj'ется. .NIноrоступенчатый иаrрев
JII-IСта дает возможность разоrреть до температуры формования в
течение 3 сек матерl-Iал любоrо uвета ТОЛLциноti до 3,0 M/vt. При ЭТОМ
Рис.
8,23. М ноrОПО3НЦНОНI1ЫЙ aBTOI\1aT Д4f'lЯ
коробок для упаковки.
из ['ОТОВ"lенин
....') 4
о.....
[..1. VIII. ФОРN\ОВЛНИЕ l'IЗДЕЛl'lй l'IЗ листовых МАТЕР]1АЛОВ
.........
п пощадь формования достиrает 750 см 2 (25 Х 30), что позволяет oд
новременно формовать 20 емкостей диаметром 50 мм yI rлубиной
75 ..Ч./vI6 ПРОуIЗВОДуIтеJIЬНОСТЬ машины 24 000 уIзделий в час. Фор..
u
MOBaHyIe ПРОуIЗВОДуIТСЯ в охлаждаемои матрице при ПОМОЩуI Harpe
тых пуансонов. ПРУI этом время охлаждеНуIЯ сокращается до
2 се к .
ЛуIСТ С отформованными еМКОСТЯМуI может тр'анспортироваться
непосредственно к участку заполнеНуIЯ, а затем на еерметиза
ЦуIЮ. ПОСс,7Jе ЭТОI"О заПОIJТ}ненные. yI закрытые ем KOCTyI отправ ТIЯЮТСЯ
u
на участок окончательнои отдел KyI, rде они отделяются от основ..
Horo листа yI укладываются в тару. Обрезки механически уда.ТIЯ
ютс я .
По друrому BapYIaHTY eMKOCTyI сразу же после формоваНуIЯ
вырезаются из OCHoBHoro ЛуIста yI выходят из машины в ВуIде
rOTOBoro изделия, как показано на p1-1C. 8,23. Описанная машина
представляет С.обой шеСТуIПОЗИЦуIОННую роторную установку с
'шестью ПРИЖИМНЫМуI рамами, смонтироваННЫМуI на rОРуIзонта.ТIЬ
нОМ револьверном столе. При работе машины стол пеРуIОДуIчеСКуI
повораЧуIвается каждый раз на БОО. .
Известны маШуIНЫ, работаЮЩуIе на рулонном матерУIале, Ha
ПРИ1\лер, ПрОуIЗВОДЯЩуIе на мноrоr11ездной матруIце небольшие упа
ковочные короБКУI из ПОЛуIВИНИЛХJlорида в количестве 60 000 штук
в час.
Такие машины автоматичеСКуI производят подачу рулоиноrо
ПОJIИВИНуIIIТIхлорида к месту формоваНуIЯ, осуществляют печать на
ПJIенке, вырубают и считают rOToBbIe изделия, сушат ТуIпоrрафск),rю
краску yI, наконец, упаковывают изделия в бумаrу.
Специа.лизированные ма.lпины для производства. ра.зличных ви..
дов упаковки. Машины, питаемые рулонным материалом, при-
меняются также для фОрl\fоваНУIЯ уIздеЛуIЙ из прозрачных TepMO
ПLТ1астичных пленок уIЛуI ЛI-1СТОВ.
При уIзrотовлеНуIуI «пузырьковых» упаковок ЛуIСТУ yI"т}yI пленке
после вакуумформования в матрице или на пуансоне придается
форма полусферы ИЛуI форма предмета, предназначенноrо для
\iпаковки.
01
Отформованная «витрина» 'приклеивается или прикрепляется
ёкрепками к печатной карточке. При обтяrиваНуIИ упаковоч"
HOt'! пленкой форма не применяется, а упаковываемый предмет
непосредственно обтяrУIвается под вакуумом прозрачной П.Т"lен-
u
'{ О И .
ПРуIменяется еще .ОДуIН способ упаковки. Из прозрачноrо l)Т}уI..
CToBoro матеРУIала формуется футляр, открытый край K01'\oporo
отбортовывается внутрь. Фут'ляр надевается на упаковывае..
мый предмет так, что упруrая отбортовка служит как бы за
щелкой 38 .
ВАКУУМФОРМОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
525
Ad8V
Комбинированные шприц-- и вакуумформовочные машины
Некоторые ЛI-Iстовые материалы, такие, как ударопрочный
ПО"lI-IСТИРОЛ, пеНОПОЛИСТI-IРОЛ, ПОЛI-IЭТI-Iлен и ПОЛI-Iакрилаты, полу-
чают ШПРI-IцеваНI-Iем через листовальные rоловки. Для использо-
baHI-IЯ тепла шприцуемоrо ЛI-Iста вакуумформовочное оборудова-
ние раСПОJIаrают непосредственно после шприц"маШI-IНЫ (рис. 8.,24).
i
Теu 110 пли ст II '1 НЬ/ L1
.
мотеjJlIОЛ
2
'"
...
4-
s
l'
t 1,1
...,
I
-
. bЬ IJII'. . , . . . 1
3
r
h.
. 'iIi Тт "'JY v
'.
-'
Рис. 8,24. Одноступенча'тйя машина непрерывноrо дейстI.JИЯ:
l liIприц машина; 2.........форма; 3.........вaKyyM Hacoc 11 резервуар; 4 охлаждающнЙ
вентилятор; 5.........ЕыруБНой пресс.
.
Основные элементы вакуумформовочной машины, за исключе..
нием наrревателя, такие же, как и при обычном фо.рмовании. По
этой схеме можно проводить непосредственное вакуум формование,
формоваНI-Iе с натяrиванием на пуансон и формование с ПРI-Iмене-
HI-Iем толкателя. Особенность этоrо процесса состоит в том, что
форма переДВI-Irается вместе с принимаемым листом в течеНI-Iе
Bcero формовочноrо ЦI-IК.Тlа I-I затем, отделяясь от rOToBoro изделия,
возвращается в I-Iсходное положение для формоваНI-IЯ. После фор...
мования производится вырезка rOToBblX изделии из листа.
Работа ШПрI-Iц"маШI-IНЫ, вакуумформовочноrо оборудования и
вырубноrо пресса ,должна быть cTporo CI-IНХрОННОЙ.
Д Т"lя предотвращеНI-IЯ пульсаЦI-II-I CKOpOCTI-I движения листа, а
u
'также для .тrучшеи отдеЛКI-I поверхности листа часто приходится
вк.пючать в ,7IИНI-IЮ трехвалковое приемное устройство. В ЭТО!\1
С.Л:)7чае вакуумформовочная машина должна иметь участок ВТО"
pI-Iчноrо подоrрева ЛI-Iста.
КомБI-IНI-Iрование шприцеваНI-IЯ и вакуумформования приме..
няется для ПРОI-Iзводства I-Iзделий большой длины, на которые рас...
ходуется большое количество материала. Недостатком этоrо сп о...
со ба является значительная сложность упраВс,Т1ения, необходимость
u
точнои синхрОНI-IзаЦI-II-I, предваРI-Iтельная разметка листа, а также
u
иесоотвеТСТВI-Iе между ОТНОСI-Iтельно низкои СI{ОРОСТЬЮ шприцев а...
u
ния И довольно высоком производительностью современных
вакууrvlфОРМОВОЧНЫХ маШI-IН. Достоинствами комбинированноrо
526
r л. Vl11. ФОР}vlОВЛНJ1Е l'IЗДЕЛl'lй ИЗ ЛI/IСТОВЫХ Ь1ЛТЕРI1АJIОВ
1 ... ..
.1 .........
I\.Iетода ЯВЛЯIОТСЯ: СНI-Iжение 'rеrJЛОВЫХ затрат, равномерность IIarpe...
J?<:l J1I-IСта, СНI-Iжение затрат на обработку l-Iсходноrо материала
(L I1CT непрерывно подаеТС5I из ШПРуIц...l\1аШI-IНЫ непосредственно в
ЗОН)' форrvfоваНI-IЯ), а также устранение простое в форм.
Элементы вакуумформовочных машин
Наrревательное оборудование
HarpebaHI-Iе термопластичноrо Лl-Iста до температуры формова
ния можно ОСУ1цеСТВl-IТЬ Лl-Iбо пу'тем утилизации тепла процесса
первоначальноrо получения листа (шприцеваНI-Iе, каландроваНI-Iе,
haheCeHI-Iе fIОКрЫТИЯ), Лl-Iбо путем ВТОРI-Iчноrо наrревания. Harpe..
baHI-Iе при непосредственном COfIPI-Iкосновении с паром, l'орячей
ou
водои, маслом или электронаrреватеЛЯМI-I ПРI-Iменяется Лl-IШЬ Прl-I
формовании-в штампах или при сочетании вакуумформования с
пневмоформоваНI-Iем. Для более толстых листов обычно ПРI-Iменяеl\
u
ся предварительныи ПОДоrрев в ст(>уе rорячеrо воздуха И.ни при
помощи инфракрасных наrревателей, что позволяет COkpaTl-1ТЬ
раБОЧI-IЙ цикл машины. При использовании инфракрасных Harpe..
'вателей (которыми оборудованы все производственные машины)
время наrревания заВI-IСИТ от четыре,х слеДУЮIЦИХ факторов: тем..
'пе.ратуры наrревателя, ПЛОТНОСТI-I ИЗJlучения, расстояния между
..:lИСТОМ И наrревателеrvl и КОЭФФИЦI-Iента поrлощения лучистой
энерrии HarpeBae1\iOrO материала.
Типы инфра.красных на.rревателей. Применяются инфракрас
ные наrреватели разных типов: ленточные или стержневые Harpe 60
ватели, панели из проводящеrо стекла или нихромовая проволока.
Известны наrреватели OTKpbIToro типа и наrреватели, покрытые
стекломатами и трубками из стекловолокна. Для достижения боль-
шей равномерности обоrрева высота rреющей поверхности над
прижимноff рамой дол}кна составлять около 50 ММ.
Нl-Iхромовая проволока в стеклоизоляции дает довольно рав"
номерный обоrрев, но не может использоваться при температурах
выше 370 420 ос .вследствие КРI-Iста.flлизации стекловолокн а.
'У" дельная мощность TaKlfX наrревателей при максимальной тем-
пературе составляет Около 2,2 ..3,3 вm/с.м 2 поверхности Harpe..
вателя. Время, необходимое для наrревания материала при по-
IVIОЩИ этих наrревателей, больше, чем при использовании ленточ"
1IЫХ наrревателей (С:\1. рис. 8,35) 6 Например, лист белоrо ударо-
прочноrо ПОЛИСТfIрола толщиной 0,2 мм наrревается за 150 сек
при ИСПОJ1ьзовании нихромовоrо наrревателя, изолированноrо
стекломатом (рабочая температура 370 ОС). Наrреватели ленточ-
иоrо типа из «хромалокеа» (рабочая температура 540 ОС) иаrре-
вают такой же лист приблизительно за 20 сек.
ЭЛЕМЕНТЫ ВАКУУМФОРМОВОЧНЫХ МАШИН
527
Ad ......
.......
Срок службы ленточных и CTep)l{HeBbIX наrревателей значи-
тельно больше, поскольку их Элементы не подверrаrотся дейст-
вию атмосферной влаrи, пыли I-1 КОРРОДI-1РУЮЩI-1Х паров. Уде.пь-
()
ная мощность этих наrревателеи зависит от плотности раСПОЛО)lсе..
ния стержней или лент в те..l1е наrревателя. Ниже показана зависи..
u
мость между удельнои мощностью наrревателя и временем, не..
обходимым для наrревания ЛI-1ста ПОЛI-1стирола ТОЛЩI-1НОЙ 0,3 М А.!
дО температуры формования 2О , 33 (рабочая температура HarpeBaTe'"
.JJЯ 650 ос, конечная температура листа 120 ОС): .
Удельная МОЩНОСТЬ rlаrревателя, 8tп!ся 2 . . . . . .
Время наrревания, сех. . . . . . . . . . . . . . .
1 , 8 3 , 7
160 7 О
Батареи rllенточных или стержневых наrревателей инфракрас..
HorO излучения используются почти во всех производственных
ваКУУМфОрI\10ВОЧНЫХ маШI-1нах На этих машинах наrреватеtПII
.t:'!
ооычнО hactpaI-1ваются На определенную температуру, которая за-
U u
Л1еряется поверхностном термопарои с МI-1J1ЛI-1вольтметром l! pery..
1JI-1руется ДВУХП03ИЦИОННblМ реrулятором.
В некоторых машинах непрерывноrо деЙСТВI-1Я реrУЛI-1роваНI1е
температуры наrревателя осуществляется при помощи импульс
ных дозаторов энерrии с определенным перl-10ДОМ включения
Поддержание одинаковой температуры по всей длине стерж..
u U
невых и ленточных наrревателеи является весьма сложном зада..
чей. При этом Необходимо учитывать охлаждающее ВJI.ияние дви"
жения окружающеrо ВОЗ,цуха, влияние переДВI-1жеНI-1Я caMoro на..
rревателя I-1 эффект KpaeBoro охла)l{деНI-1Я У КtJТIадка пос тоянной
u
теплоизоляции в верХНеи части наrревателя и временная тепло"
Q
ИЗОЛЯЦI-1Я ero I.1злучающеи повеРХНОСТI-1 во вреl\1Я технолоrичеСКI-1Х
простоев значительно снижаI.ОТ потери ЛУЧI-1СТОЙ энерrI-1И. Недо--
u
статком ленточных и стержневых наrревателеи является такж.е
то, что. с течением времени интеНСI-1ВНОСТЬ их излучения ПОl-IИ '
жается. Кроме Toro, время разоrрева до рабочей температур'ы
составляет IO 15 MUI1
ЭТI-1 недостаТКI-1 были устранены в одной из послеДII.I-1Х KOHCTp),TI{-
'-'
ции машин, наrреватеЛI-1 KOTOPbIX состоят из мелких элементов,-
образованных нескольк:ими независимыми отрезками провол r )К11
· BbIcOKOrO СОПрОТI-1в.пения Рабочая температура TaKOrO HarpeBaTe"
ля достиrае f'o./1000 ос, а I-1нтеJIСИВНОСТЬ излучеНI-1Я I e СНI-1жается
даже после работы в течеНI-1е нескольких сотен часов. ДруrI-1М пре...
u
имуществом новых наrреRателеI-1 является знаЧI-1тельная. эко--
номия электроэнерrии, так как полная МОШ НОСТЬ (равная
6,75 вт/см 2 ) раЗВI-1вается I-1 М I-1 TO)IbKO В рабочем положении. П'РJl'
перемещеНI-1I-1 и в нейтральном положении МОIЦНОСТЬ, потребляе 1а
наrревателем, СНI-1жается до одной четверти номинально'й. Таким
образом, при перемещении над листом температура наrревателп
528 rJ1. VIII. ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИй уIЗ ЛИСТОВЫХ j\1АТЕРуI \ЛОВ
r hd..
относительно НI-1зка, что I-1сключает неравномерность разоrрева
1\1aTepI1a ТIa, Однако температуру наrреватеJIей СОПРОТУIвлеНI-1Я
МОЖНО реrУЛI-1ровать только ПрI-1 ПОМОЩI-1 траНСфОР fатора, что
.....
существенно увеЛИЧI-1вает СТОимость ооорудования.
Расположение наrревателей, поrЛОLцение тепла. теплопровод...
ность и экономичность обоrрева.. Для реrулирования расстояния
между наrревателем и обоrреваемым листом обычно I-1спользуется
червячная пара с ручным штурвалом. Известно, что по мере
повышения температуры наrревателя большая часть энерrии бу
..,
дет П.рI-1ХОДИТЬСЯ на долю высокочастотных излучеНИI-1, которые
хуже поrлощаются ЛI-1СТОМ. ЭТО означает, что электрическая
энерrия, подвод I-1 l\II а я к блоку наrревателей, менее эффективно
используется при работе на высоких температурах, чем в более
НI-1ЗКОМ I-1нтервале температур. Однаl(О общая веЛI-1чина выделяемоt!
.энерrии ПРОПОРЦI-1ональна четвертой степени абсолютной темпера
туры. При повышеНI-1И температуры КОЛI-1чество выделенной энер
rии во всех диапазонах частот знаЧI-1тельно увеЛИЧI-1вается. ТаКИIV1
образом, IIолучаемый выиrрыш в с KOpOCTI-1 HarpeBa листа вполне
оправдывает вынужденное снижение К. п. д. наrревателя.
Работа на максимальных температурах наrревателя с цеJ1ЬЮ
более быстроrо разоrрева ЛI-1ста является одновременно эффеКТI1В
u u
нои и ЭКОНОМI-1чески выrоднои для всех тонких ЛI-1СТОВ терМОПClТJа
:стов (обычно не толще 1,5 мм при использоваНI-1И ОДноrо БClТ"Iока
.наrревателей) 1-
АналоrI-1ЧНЫЙ режим ПРI-1меним и для толстых ПОЛИЭТI-1леновых
'1истов. Толстые листы друrих материалов следует, однако, разо..
rpeBaTb более медленно во избе)Кание поверхностноrо переrрева
u
скорость их наrревания зависит также от своиств KOHKpeTHoro
материала. При низкой теплопроводности термопласта продол
жительность разоrрева листа подБI-1рается в cootbeTCTBI-1И с ero
толщиной Для сокращения времени разоrрева толстых листов на
некоторых маШI-1нах под листом устанаВЛI-1ваются либо нетускнею..
щие рефлекторы, либо ДОПОЛНI-1тельные НI-1жние наrреватели, пv
зволяющие обоrревать лист с двух сторон. Часто нижние HarpeBa..
тели I-1меют меньшую мощность, чем bepXHI-1е.
На больших машинах с площадью обоrрева около 600 х 900 M}v1
выключатели наrревателей устроены так, что при формоваНI-1И из
листов меНЬШI-1Х размеров или при неоБХОДИl\lIОСТИ обоrрева листов
определенной формы может быть включена только соответствую..
щая часть блока наrревателей. При формовании I-1З ЛI-1СТОВ боль--
ших размеров применяется реrулирование температуры HarpeBa
телей по зонам. Это означает, что наrреватель разделен на зоны,
каждая из которых снабжена I-1ндивидуальным термореrулятором
д,ня дифференцированноrо реrулирования температуры по Bceff
поверхности разо rpeBaeMoro листа.
ЭJIЕ1\1.ЕtfТЫ B.L\K;V-УМФОРМОВОЧIiЫХ Л1f\ШИli
529
т
....Lb... _
.....
в БОЛЬШУ1нстве производственных машин наrреватеt,ТIИ пере-
u
мещаются rОРУ1зонтально над зажатым листом, которыи во время
наrревания остается неподвижНым. Такая компоновка HarpeBaTe...
лей вполне приемлема при одностороннем обоrреве листа. Однако
она усложняется в случае формования ПрУ1 помощи толкателя,
а. также при двухстороннем обоrреве Лу1ста. В СВЯЗу1 с ЭТИМ В
некоторых новых машинах наrреватели устанаВЛУ1ваются непод
u
движно, а зажатым Лу1СТ rоризонтальн.о перемещается под HarpeBa-
телем или между двумя блоками наrревателей (при двухсторон..
нем обоrреве).
<
:
За.крепление листа.
Во всех разновидностях метода вакуумформоваНI-1Я при на...
rревании, формоваНУ1И и охлаждеНу1И лист плотно зажат в при..
u
жимнои раме.
Прижимная рама должна быть УНУ1версальной, Т. е. приrод
u
нои для закрепления листов различных размеров. Закрепление
листа производится обычно пневматически управляемыми кулач
ковыми затворами, ПРИЖУ1мающими верхнюю часть рамы к Ну1Ж
ней. Конструкция затворов должна обеспечивать равномерное
распределеНУ1е напряжений по всей поверхносtи стыка. Кроме
Toro, необходимо, чтобы одну y1 ту же раму можно было исполь
зовать для заЖу1ма листов различной толщины. В машинах боль..
ших размеров четыре кулачковых затвора способны создавать за
жимающие усилия '""-'5500 Kr) что вполне достаточно для надежноrо
заJ{репления листов самой различной толщины и жесткости ПрУ1
формовании любым из существующих способов.
Температур}т прижимной рамы и штоков пневмоцилиндров
u
часто поддерживают постоянном при помощи подоrрева или
охлаждения водой. Применение обоrрева ИЛJ1 охлаждения за
висит от природы перерабатываемоrо. листа (например, поли..
этиленовый лист прилипает к rорячей поверхности рамы).
В большинстве способов вакуумформования прижимная рама
u U
С закрепленным в неи листом остается неподвижнои в процессе
формования. Исключениями являются формование натяrиванием
на пуансон, rде лист перемещается вертикально, и формование
qиста, зажатоrо по контуру) rде лист перемещается rоризонтально.
Вспомоrа.тельные обвязки прижимной рамы
При формовании натяrиванием на пуансон окно прижимной
рамы часто перекрывается вспомоrательной обвязкой в виде KO
1eц или стержней (рис. 8,25). ПРУ1 помощи ЭТОrо приспособления
поверхность формования разделяется на ряд ячеек в соответствии
с I<олицеством пуансонов, одновременно участвующих в формо..
ваНIiИ. Прикрепленные к верхней половине прижимной рамы
530 rл. VIII. <1)OP 1\10BAHI'IE l'IЗДЕЛl'lй ИЗ листовых МАТЕриАЛОВ
.....
кольца I-IЛИ стеРЖНI-I способствуют yctpaheHI-IЮ с Кс.'lадОК, возни..
кающих в результате чрезмерной вытяжки или проrиба листа
перед формоваНI-Iем. Во время операЦI-IИ формоваНI-IЯ вспомоrа
тельные ячейки обеспечивают более плотное обтяr}Iвание каЖДоrо
пуансона matepI-Iалом) прижимая лист между издеЛIIЯМI-I к OCHO
ванию формы в перI-IОД деЙСТВI-IЯ BaI{YYMa. АfJалоrI-Iчные оБВЯ3I{И
применяются также при формовании раздуванием для деления
выдуваемоrо пузыря на ряд более мелких при одновремеННОI\1
изrотовлеНИI-I неСКОЛЬКI-IХ I-Iзд_еЛI-IЙ (см. рис. 8,16). Применяя вспо"
Рис. 8,25. lvlеханнческая обвязка.
u
моrательные кольца ИЛI-I стеРЖНI-I, прикрепленные к нижнеи поло
ВИ1Iе прижимной рамы, можно комБI-Iнировать метод формоваI ИЯ
при помощи толкателя (см. рис. 8,14) и формования с проскальзы
ванием листа в прижимной раме. Свободно закрепленный в paivle
лист наrревается. Потом к листу сверху ПОДВОДI-IТСЯ плита 'с
" ,
установленными lla неи ТО JlкатеЛЯl\1И, причем число ТОЛI<ателеlJ
равно ЧllIСЛУ ячеек вспомоrательной обвязки рамы. ТолкатеЛI-I
вдавливают материал в просветы соотвеТСТВ)7ЮЩИХ ячеек, про..
I-IЗВОДЯ п редва р I-Iтельную вытяжку листа . Пр и этом боковые стен
ки изделий частично образуются за счет проскальзывания листа
на стыке прижимной рамы. Окончательное вакуумформование
производится в matpI-Iцах, rде предварI-Iтел,ЬНО вытянутый лист
принимает заданную форму,. Формование таким способом дает
возможность получить МИНI-Iмальное ytoheHI-Iе стенок I-IздеЛИ5I.
ЭЛЕi\'\Еl-IТЫ ВАК 'У \ФОР1\10ВОЧJ'IЫХ МАШ111 I
5,(31
,
,
...,..
,..-,
Часто вспомоrательная обвязка СЛУЖIIТ ДvТ"lя оБJlеrчения Mexa
'ническоrо 1-1звлечения отформованноrо Л!-1ста 1-13 формы. При этом
..обвязка устанаВЛ1-1вается IIa нижней ПОЛОВ1-1не parvIbI между ЛИСТОl\1
и мноrоrнеЗДНО 1 матрицей, I{ак бы разrраН1-1Ч1-1вая учаСТК1-1 отдель--
'.ных изделий. После формования Пр1-1жимная рама с обвязкой Дви",
жется вверх, помоrая извлечь 1-13 форм rOToBbIe изделия (особенно
в средней чаСТ1-1 плиты матрицы).
В качестве оБВЯ3К1-1 MorYT быть использованы струны от МУ"
зыкальных 1-1нструментов (рояльные струнь[). При установке
обвязки необходимо предусмотреть для нее kahaBK1-1 в ПЛ1-1те мат-
р ицы.
Вакуумные системы
,
Воздух, находящийся между листом и поверхностью формы,
должен быть удален очень быстро. Для этоrо требуется большой
.ваку.УМНЫЙ ресивер, трубопровод значительноrо диаметра с соот-
u
веТСТВУЮЩ1-1М1-1 вентилями и производительныи BaKYYM Hacoc.
Насос должен обладать высокой производительностью при
вакууме порядка 700 мм рт. ст. Применяются поршневые и рота...
ционные насосы. Насосы большой производительности оборуду-
ются ВОДЯНЫМ охлаждением. При установке нескольких ва..
куумформовочных машин часто применяют централизованные
акуумсистемы с разводкой вакуумных ЛИН1-1Й по отдельным маШ1-1"
'нам. Объем BaKYYMHoro ресивера должен быть больше, чем объем
oTcacblBaeMoro воздуха, причем и ресивер, и насос должны рассчи-
тываться для каждой отдельной машины с учеТОI\f коэффициента
восстановления вакуума. Это создает значительные затруднения
при вакуумформовании изделий больших размеров. В стандартных
машинах вакуум"насос обычно устанавливается после ресивера.
. Друrой вариант компоновки вакуум системы предусматри
вает установку BaKYYM Hacoca на боковом отводе между вакуум-
ным столом и ресивером (рис. 8,26). На 80НУ'!/нныи сmал
основном трубопроводе, по обе стороны от
боковоrо отвода, устанавливаются элек...
тромаrнитные клапаны. При работе маши..
ны клапан А (см. схему) сначала закрыт и
воздух удаляется из peC1-1вера через от..
крытый клапан Б. При отсасываI-IlfИ воз..
духа, заключенноrо I\fежду Л1-1СТОl\I 1-1 фор..
мой, оба I<лапана открыты. Коrда формуе
u
мыи лист термопластичноrо matep1-1аJJа до"
статочно близко подходит к стенкам фор
мы, клапан Б закрывается и ОI(ончатеJIЬ"
ное удаление воздуха из полости формы
производится только BaKYYM HaCOCOM за
/(лалан R
КлапанG
Pec/./8ejJ
Рис. 8,26. Пример
компоновки вакуум-
u
нои системы.
34*
532 rл. VJIJ. ФОРМОВАНуIЕ l'IЗДЕЛИй ИЗ Лl'IСТОВbIХ МАТЕРИ ЛОВ
....у
....
L
время, измеряемое долями секунды. Затем клапан А вновь за
u
крывается и начинается новыи цикл.
ХарактеРИСТуIка вакуумных систем для двух машин различ
ных размеров ПРУIведена ниже:
Размеры формы, мм
400х600 1000х 1500
Емкость B8KYYMHoro ресивера, л .. . . ..
Производительность BaKYYM Hacoca, .м 3 /.мин .
Мощность двиrателя вакуум-насоса, квт .
Диаметр Подводящеrо вакуум трубопровода, M...1t
45,4
0,84
] ,8
50
1 ] 5 ] 35
4,20
7
75
Воздушный компрессор
При формовании методом натяrивания на пуансон, формова
u u
НуIИ С помощью толкателя и с предварительнои вытяжкои при
u
помощи сжатоrо воздуха на машинах среднеи веЛИЧуIНЫ YCTaHaB
ЛуIвается воздушный компрессор производительностью 0,15
0,3 м 3 /мин при давлении воздуха 6 7 Kr/CM 2 . При формоваНУIlI
сжатым воздухом расход воздуха значительно выше. Сжатый B03
дух необходим также для извлечения rOToBbIx изделий из фОр1\IЫ
с одновременным их охлаждением. При работе нескольких маШуIН
ПРуIменяется централизованное снабжение сжатым ВОЗДУХОIvI.
Формы
Тип формы и материал, из KOToporo форма изrотовляется, за
висит от конфиrурации и особенностей формуемоrо изделия 4 , 18.
Ма.трица и пуансон. При формовании изделий в матрице или
на пуансоне поверхность формуемоrо изделия точно воспроизводит
мельчайшие детали рисунка поверхности формы.' Характер этих
u
деталеи и их взаимное расположение определяют применеНУlе
матрУIЦЫ или пуансона в каждом отдельном случае. Для полу
чения рисунка на наружной стороне формуемоrо изделия приме..
няется матрица, и, наоборот, пуансон ПРУIменяется для ПрОфИЛУI
рования внутренней поверхности изделия. С точки зрения TeXHO
лоrии изrотовления поверхность пуансона леrче поддается поли
ровке, чем полость матрицы. Если необходимо изrотовить из Tep
мопластичноrо листа изделие, r лянцевая поверхность KOToporo
неизбежно соприкасается с формой, поверхность формы должна
быть тщательно отполирована, чтобы это способствовало повыше
нию rлянцевитости изделия. Однако при формовании изделий 1']3
полиэтиленовых листов поверхность формы делают матовой во
избежание образования воздушных подушек. В случае OДHOBpe
u
MeHHoro изrотовления нескольких изделии предпочитают исполь
зовать не пуансоны, а мноrоrнездные матрицы. Это устраняет
опасность образоваНI1Я складок на листе и позволяет раСПОЛОЖуIТЬ
большее }(О.ТIуlчество уlздеJIИЙ на той же площади.
ЭЛЕМЕНТЫ ВАКУУМФОРМОВОЧНЫХ АШИН
533
"'11.
...
rлубина вытяжки. rлубина вытяжки является ОСновным фак"
тором, опредеЛЯЮЩУ1М 01{ончательную ТОtJ1JЩу1Н)7 CTeHKy1 формуемоrо
изделия В заВу1Су1МОСТу1 от r луБУ1НЫ ВЫТЯЖКу1 rIРОу13ВОДИТСЯ выбор
Toro у1Лу1 y1HOrO способа вакуумформования. Степень ВЫТЯЖКу1
. характеРУ1з),тется отношеНу1ем Н / W, rде Н высота ИЛу1 r луБУ1на,
а W ШУ1рУ1на у1зделия (рис. 8,27). При непосредственном BaKYYТYl
формоваНУ1ll в матру1це rлуБУ1на вытяж[{и не должна превышать
полову1ны ШИРУ1НЫ ПОЛОСТу1 матрицы. ПрУ1 формоваНУ1И натяrу1ва..
нием на пуансон отношение высоты пуансона к ширине должно
быть равно у1ЛИ меньше 1. ПрУ1 формоваНИУ1 с применением тол
кателя это отношение может быть больше 1.
w
Н:W /:З
W
.
H:W==/:2
W
w
H."W=/'/
Н: W . 1.'/
I)IlC. 8,27. Различные величины отношения Н: H /.
Отверстия или кана.лы для отвода воздуха. Своевременное
удаление воздуха из полости формы способствует вытяжке мате.
риала В опредеJlенноrvI направлеНУ1И и получеНу1Ю издеJ1у1Я с более
однородной ТОЛЩу1НОЙ стенок. Как правило, БОЛЬШI-Iе уrлубления
формы требуют более y1HTeHCy1BHOrO отсоса воздуха для обеспече
ния заполнения их материалом, чем, например, плоские поверх..
HOCTy1. ДУ1аметр вакуумных каналоВ при переработке ПОЛу1этиле..
новых Лу1СТОВ должен составлять от 0,25 до 0,6 )'ИArt, для прочих
тонколистовых матеРУ1алов от 0,6 до 1 )И.М, а для жестких более
толстых 1-11у1СТОВ MorYT применяться отверстия ДУ1аl\1етром до 1,5 мм
'534
rл. Vlll. ФОРlv\ОВАНl-'IЕ I/I3ДЕJll-'Iй 1:13 Лl-'IСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
r
....
(при ЭТОl\i на поверхности формуемых изделий не наблюдалось
НИI<аК1'IХ нежелательных дефектов).
в большинстве матеР1'lалов, прl-Irодных для 1'lзrотовлеJIИЯ форм,
BaI(yYMHbIe каналы ПР1'IХОДIIТСЯ npOCBepJl1'IBaTb. Для облеrчеlIИЯ
ЭТОlI операции с обратной CTOpOIIbI формы на знаЧ1'lтеЛЬНУIО часть
ее толщины MorYT быть просверлены отвеРСТ1'IЯ ДllаметрОl\1 5
6 ММ. В формах 1'IЗ напыляемых металлов, Л1'IТОЙ реЗ1'IНЫ 1'1 rlIпса
отвеРСТ1'IЯ можно 110ЛУЧ1'IТЬ, закладывая в матеР1'lал формы Пр!'I 1'lзrо
товлеНИl-I тонкую IIрОВОЛОКУ. Проволока смазывается составом, об
леrчающим ее последующее 1'lзвлечеН1'lе. Скорость удаления воз
духа из формы зависит в основном от количества и диаметра
отвеРСТ1'IЙ. Так, пр!! формоваН1'lИ bhytpeHHl-IХ обкладок дверей хо..
tl1JОДИЛЬНIII(ОВ время уда ТIеIfИЯ воздуха из полости фор ы составляет
от 2 до 5 сек. Для обеспечения быстроrо удаления воздуха при
формовании с предварительной пневматической выт.яжкой OT
верстия в форме имеют вид продолrоватых прорезей шириной
0,4 ММ дЛЯ полиэтилена 1'1 0,5 ММ для друrих более жестких Ma
'терIlалов. Среднее время удаления воздуха менее 0,5. сек. Однако
в некоторых специальных случаях при выдувании {(пузырей»
1'1.ПllI при упаковке обтяrиванием пленкой более целесообразно
медленное реrУЛ1'lруемое отсасывание воздуха.
Скруrление и уrлы. Изделия с острыми уrлами можно отфор-
мовать, но этоrо следует по возможности избеrать. Рекомендуется
скруrлять )'r лы во всех случаях, rде это не противоречит на--
; .
I OJo 2--J о
. " \ I
,/8R {/OR f!8R Уан
/' " х /
Рис. 8,28. Минимальные радиусы скруrлений н уrлы
наклона боковых стенок матриц и пуансонов.
значению изrотовляемых изделий. В большинстве случаев ми
нимальная величина радиуса скруrления должна равняться тол..
щине листа, т. е. не менее 3 1,5 ММ4 Острые изrибы, уrлы, Haдpe
ЗЫ, канавки или друrие резкие изменения поперечноrо сечения
u u
приводят К чрезмернои концентрации напряжении и снижению
прочности материала до 1/3 номинальной величины.
Прямых уrлов следует избеrать. Уrол наклона боковых сте..
нОК матриц должен составлять 0,5 10, а для пуансонов уrол
наклона боковой поверхности равен 2 30 (рис. 8,28). Такое раз-
личие объясняется тем, что при формовании в матрице усадка
изделий при охлаждеН1'lИ облеrчает их извлечение из формы, а на
пуансоне, наоборот, усиливает ПР1'lлеrаflие. листа к поверхности 26 .
Э ЛЕМЕНТЫ ВАКУУМФОРМОВОЧНЫХ МАШИН
535
... 1:>.
Оребрение. ПО мере возможности в наиболее слабых сечениях
формуемых предметов следует делать и'зrУIбы ИЛуI ребра для повы
шения жеСТКОСТуI изделий (рис. 8,29). Правильное расположение
ребер позволяет уменьшить толщину ИСХОДноrо ЛуIста, а следова
тельно, сократить время разоrрева и общие затраты на изrотовление.
, .., , , , , .... ."",.....'"...,..,......................... '.' .. , , , ,.... .........:'i):..
,]I;',I \j,j1;!i"'ilii i:\: ::;'. fЩI, i!!:;Th'\fi:i:iiiiill!iIIiiil;,:>"
-.. ., , . . . . , ' , , . . .. . :::: ,:..;.. :-,;..... . , .. ... . . , "".::::;.. ,
::. .: :} {{: :: {':".::.' %.@,..., :.... .,.., '. ' J( }::::: : : : : ::;:: ? : ::.."
';':; *:;".> . ..., ::. ..." ; .:' :., l :" lffi ' .. ..' :...:.... ': "'::' '::'::.::'::'::'::"' :: :..':: :::::: ::::;.".
4 _:-.;_ 4....",."..- _ _ . '.,:o,' ''(- ..... .....-.-.-.-.-..,;:......, 1. . '4' 4
...:". .. . ......,-.-,-. : :: < ,::. ,:: . ' :' - ::::r:r_ _ .::::: ::::: :.t::: ::::::::::::::::::.'
. . . . ' . . . ... .' . . . . . . . , . " ':у" . ,::..;,->.:.;.... " ,.,'.'.'.....". , . ,.. . ...... , .. , .. , . . . ..,.'.'.....'.'.'.......
. . "'. <,О «. ....,... ,.. #""" ,._ .. . .. , , . . ,. , ,..
',' ,:: :,:;!;i:ii;::::'j1::IJtf;f';';:;;:;! i 1; !t;,il li,, :fjJII!II!; l'f!:.:.,
.'''' .>. '.'.o...'..'...."....,... __ __. __....,.. ,', " *. ,..;..;..... '...',....
:: - - ... . :. :. . .:.: ':':,:: : :::::: .:- : ::::: : : : :::: :: :: ::::':':; ==; : :%j ; :: ::.::::: :: : :; .:-::: ::=:=:::::
- . ::X:. : . ::,::,::,:'::' :'::'::.;:: .:,.::. : : :; ';::;:;:;: .: . , , >, , .: ;'F.'4:':', ; & ': : I' : : '::: : : ::($ '; :::::,:;,: ?::.
. ,'.. ....,....;..."........ ........... ::-;:... ». .._. ;,y t@ ..... кт ...,..Л........,.,.,.,.,.,...
. "" .. ::;:: : :: ::: ;=; ::: : : : : : :=:: :::::: :::: ::Х:щ : : ::i :::::. ":: =: '. "': : :::::: : :::: ::: ::::::: ;:; : (.
. . .............."...",..:':.;х::; VO: ..:-;:x:,:"'. . " ........ .....".,..,
" '. ::: .: :.;.;. .;.:::: :::::;:::::;:::::::::: E@j ' ."'.'.'. ,»-:;.;::::::. ;':>: ::'.':';';;::.:"';;" ::;::::::: :: :::':':';':.:';':':':' ':;::'.
о .' . '';;-'0' .' . >;':':':::'::::::::;: ':-:';':':':':':':':.:.:::;' -! R ' .. . ....:.'.. "'"::':":'»-:(.'. ': . ":':': :x:::'':.:::::: : ::::::; ::::::::::::::::::::: . .;..
'. ,.... </:.: . "}: .:: :::::::::.::.::'::'::'::::;:'::'::':: I ::? W{' II ' ': ':,.,..,.: '.::;:;..,. '..' :.:::,-:':;:; :,:::'-::::::: , .? ::'::':::;';:':::<' }';'::'::.::::.:{:{::.:':::.""
..0 ' . . . Ж «. :i$::: :::::::::::::;:;::::::::":' К:%. .....' :&: ?:;:;Y;4::f::::' :';:;. .:;: ::::;=t-::::;:;:; ::: :::::::::::::::::::::..
......:::..-..:::.: x: ;(z,., :/:(.: .;: ' "TM; ., \ м:} * ::): :;: йtj/ Щ . :i ;; :::А Ш;J : [ j @ : :Ш::: fi: : j ; :
._ ::r, .,'_ :. ,._' .' .' .. . ,: .: _. '. , :.:: .. .':,:.....' . ._ . :::; : ;::: . :: :*=::::::' _ :::. ..-: .I..... ;.... _:...::: .:::: .::: ::::::::; ::::::: .: : :
. . .'. .' .' .. . .. .. '. ,... ... v. . . .».. . , '?'; ,.. .. !,: ,:o:,.......,. ....;.;... --.. , .. ...
..' .:.., "":="'::.,/;:::.'-.'./ ../,{ :( } : j' : \ \ . '\. \fШ \i l :Й1:ktik t:Wf l 1 ж((т '{{?I::Н' ' . ::;', .. .....
<..:: >::::./: .'/"й::':{ .( :: : { i; 1: ' : ,.': :::Ч 1: ; j j iЧ : j I :: :: : т@ WJ\ I [ : : Jj I : : J ::'I : : . \ ..:::: :.:. : :::. :.:. :»П:
. . . , . '. ... .' .. .. .. ., ) ;...... .. . :;. ,', ,.,... '} .,.. ,......... ......,............., . . . ,. .., ..'" . .. ...... ... . . . .
. .. '< .:' :.:.' :'. .:..: .:.: '.: с,',: 'Х'. ',:',:' .> .,: .> :..:::'.:'.:::. '. .?'i.:'. :;:, :::'..:J.: ..:{ ::::::::.{::..:":::.,:',:::. .:::::'.:.. :..:.,:.. .:::..:..:..:..:..:..:..:..:..:"::"::::{,:' .. :..': .;..;..;:..;:.::»: : .;: :;::.: :.<:".:;:)
... '.. .. , . , .. .. '. ..'.. ".' ...rt:... ".... ..,....-- ..., ..........".,...............,...............,.. .. .... ......... ... ....1
:' )" ./' .:{ :( [;; : ; Ъ; . ' Л, \ ;\:1\ \ фш+JI jММ Н % i f : r ?шы I : : :I i @ y (:::. :>::. ... :..:::.:::::X::}: ::::?/: :.:):::::);::: .:.:/Н.. :,::>П
. .., ,....... ... '... "''' .... (.........,о»щr... ........ , .......,.. ............. ., ............ ....... ....,... . ... ,
, . ..0. ;.: ,'. ... "':['..$'..: "'.'''''.''' .... ::::..: :: ,.. . . ........................, ... . ............ ............... ..........,
, : .. щ (Ц; { ' i. ::М;. fjщ ш ? щj@ ..: .. t; ,.,.:jf {}Jлjил:::j : : : П/1 :::: :П: ;:::\.::::::. .:::I : ::::)::-;.::j; .:У::):Н:.: ::<:.:.::::\::?,?:j:::::: :%?и:: : : iш
;.: ':?.. ' .. .'.'. .....<.... :;:;;: й( :&';; .. . ....... .. . ......,.,.,.... . , .. . ..... ... ... . . . . . . .... ... . ... ' , , . . .. , .. . . . .. . ....... . . . .. ... .. ..... ...,............... '.;..:,::
Рис. 8,29. ОбраЗI.(Ы издеt,!]ИЙ с ребра .ли )кесткости.
Под ну трения. Под нутре ни я обычно выполняются при формо-
вании из rУIбких матеРУIалов, TaKYIX, как ПОtпиэтилен или
110ЛИВИНИЛХЛОРИД. При уIзrОТОВJlеНуIИ изде..ТIуIЙ уIЗ жесткоrо листа..
"
.0
а
Рис. 8,30. ПОДН:у'тренпя в фОрI\tе:
а разъемное кольцо; б шарнирная часть фОрh.'IЫ.
BOI O материаt.Т1а следует избеrать flоднутрений, за }IсключеНуIем
тех случаев, коrда изделие ВЫНуI!'лаетсЯ уIЗ формы под Hel<,oTopbIM
уrлом ИЛуI если в КОНСТРУКЦуIИ формы предусмотрены ОТКИдные,
поворотные yI леrI{О разъемные элементы (PyIC. 8,30).
Вставки. В случае необходимости в формуемые уIзделия можно
u
вводить вставки в виде металлических стержне и уI ТIИ прутков,
fi35 rLТI. \/111. ФОР:\\ОВАНl'IЕ уtЗДЕJIИ1 ИЗ Т"\I1СТОВЫХ \АТЕРИ.Д.ЛОR
_ . .4
"
IIомещая yIX в опредеtJТIенных участках форм (pYIC. 8,31). Этот
способ, часто применяемый ПруI формоваНуIуI TaKyIX деталей, как
внутренние обклаДКУI дверей ХОЛОДуIJIЬНИКОВ, называется армиро",
ванием MeCTHbIr\fyI BCTaBKaMyI.
. ' .
Рис. 8,31. Форма с резь60ВЫ!\lИ знакаl\1И.
Охла.ждение и наrревание. РеrУЛI-Iрованием температур мож"
'НО добиться сокращения цикла формования и более paBHOMep
яоrо ero проведеНуIЯ. Температура формы должна быть достаточ
но НуIЗКОЙ для Toro, чтобы обеспечить быстрое охлаждение уIзде
... u U
ЛуIИ, И достаточно высокои для предотвра
щения появления дефектов на повеРХНОСТуI
изделий. В большинстве вакуумформовоч--
ных процессов температура формы колеб
с,rIется от 38 до 88 ос и заВуIСИТ от вида пере
рабатываемоrо термопласта. Для поддер
жания определенной температуры формы
предусмаТРУIвается циркуляция воды. Ка..
налы для теплоносителя выполняются на
u U
внутреннеи уIЛИ наружнои поверхности
формы ЛУIбо в теле формы. Д aMeTp KaHa
лов равен обычно lO 12 мм. Местный обо..
rpeB формы может осуществляться путем
YCTaHoBKYI патронных электронаrревателей.
В пуансонах, yIMe}( Jщих форму усеченноrо конуса, целесооб
разно располаrать каналы для обоrрева по окру>кности BepxHero
основания (р yIC. 8,32).
Используя местный обоrрев формы, можно производить формо..
""-
вание с натяrиванием..на пуансон, при котором не происходит ox
лаждения обрабатываемоrо листа. ПРУI формовании с применением
толкателя последний во избежаНУIе MecTHoro охла>кдения материала
.наrревают до температуры листа. Поэтому толкатель обыцно изrо
товляется из металла. В ОТЛИЧуIе от толкателя, матрица в ЭТОМ случае
для сокращения рабочеrо ЦИI(ла охлаждается.
Точность ра.змеров изделий и уса.дка. Максимальная точность
размеров ДОСТуIrается yI IeHHo в том ме<;те детали, которое непо
средственно соприкасается с поверхностью формы, тоrда как
на ПРОТИВОПОс,!JО>КНОЙ поверхности наблюдаются большие OT
клонения от номинальных размеров, вызванные HepaBHOl\lep"
ной вытяжкой ,,1иста. Поэтом)' в случае, еСЛуI необходимо по..
Рис. 8,32. РаСПОJlожение
в фОрl\1е каналов Д.ТУЯ
MeCTHoro обоrрева.
ЭЛЕМЕНТЫ ВЛКУУМФОРМОВОЧНЫХ МАШИН
537
....
лучить у1здеЛу1е с точными наружными размераМУ1, примеНЯIОТ фор
мование в матрУ1це, и наоборот, при изrотовлеНу1у1 издеЛУ1f1 с точ"
ными внутреННУ1МИ размераrdИ применяют формование на пуансоне.
Во время ОХ.JIаждения изделий, изrотовленных из термопластич",
ных матеРУ1алов методом вакуумформоваНУ1Я, их линейные раз
меры уменьшаются. При формовании в MaTpY1ue усадка несколько
больше, чем при формовании на пуансоне. Это объясняется тем, что
сам пуансон механически препятствует усадке, однако при ЭТОl\rI
затрудняется съем с пуансона отформованноrо изделия. MY1HY1 '
мальная усадка наблюдается при фОрl\10ваНИУ1 способом натяrу1ва...
u
ния на пуансон 1'1 ПрУ1 предварУ1тельнои вытяжке листа сжатым.
воздухом. ЕСЛУ1 у1здеЛу1е у1звлекается из формы недостаточно.
охлажденным, может наблюдаться усадка вне формы или поводка
изделия.
Ма.териал формы. Невысокое давление, применяемое при Ba .
куумформоваНУ1У1, позволяет использовать для у1зrотовлеНу1Я форм
самые раЗЛУ1чные матерУ1алы. Выбор матерУ1ала формы заВИСу1Т B,
первую очередь от количества 1'1 качества формуемых у1зделий.
Формы, рассчитаННblе на КОрОПlкие сроки службы. Для экспе .
риментальных работ или для изrотовления небольших партий
изделий l':ifОЖНО применять деревянные или rипсовые формы. Де...
ревянные формы делают из твердой, тщательно просушенной, про
u
питаннои клеем древесины, с параллельным расположением во..
локна, так как величины усадки древесины вдоль и поперек.
волокна различны.
Для улучшения качества поверхности и уменьшения износа.
деревянные формы можно покрывать эпоксидными смолами с по....
следующей пескоструйной обработкой, шлифованием И. полиров--
u
кои.
Основные достоинства rипса это ero низкая стоимость, по....
датливость при обработке и способность к затвердеванию пр 1'1..
комнатной температуре. В rипсовых формах, пропитанных эпок
сидной смолой, можно изrотовлять до 50 000 изделий.
Формы для средних сроков службы. Для средних сроков службы
MorYT применяться формы, отлитые из фенольных смол, эпоксид
ных смол С наполнитеЛЯМу1 1'1 фурановых смол. Эти формы ОТЛу1
чаются хорошей УСТОЙЧУ1ВОСТЬЮ размеров, высоким СОПРОТУ1В
tпением истиранию и ОТЛуlЧНОЙ поверхностной полировкой. Для
увеЛУ1чения ПРОЧНОСТУ1 TaKy1e формы MorYT быть армированы CTeK
ловолокном. ПрУ1 ВЫСОКОПРОУ1зводительной работе маШу1Н формы,
у1зrотовленные из rипса, дерева, пластических масс и друrих ма...
териалов с низкой теплопроводностью, неоБХОДУ1МО охлаждать.
струей воздуха или каким либо друrим способом.
ФОрМbl для непрерывной работы. Для ДЛу1тельных сроков служ-_..
бы ПРУ1меняются метаЛЛу1чеСКу1е у1ЛИ покрытые метаЛЛО I формыС!._
538 r л. "'"11 I. ФОРtVIОВАН[,lЕ I-IЗ)J.ЕЛl'Iй l'IЗ ЛI:-IСТОВЬ1Х МАТЕРl'IАЛОВ
...
Наиболее широкое распространеНI-Iе получили формы, отливае..
мые из аЛЮМI-Iниевых или маrниевых сплавов. Это объясняетсялеr
костью их обрабОТКI-I и тем, что усадка этих материалов точно из..
вестна как изrотовителям форм, так и их потреБI-Iтелям. Такие фор..
мы изrотавливаются обычным литьем или литьем ПОД давлением в
песчаные или rипсовые формы. Формы, изrотовленные методом
литья под давлением, обладая несколько более высокой стоимостью,
требуют меньше времени для окончательной отделки и полировки 9 .
Как правило, в формах предусмотрены каналы для циркуляции
воды.
Поверхностная отделка форм состоит в haheceHI-IИ на них медно..
никелевоrо ИЛI-I XpoMoBoro покрытия. Металлические формы и
формы с электроrальваническим I-IЛИ напыленным металлическим
покрытием MorYT использоваться для изrотовлеНI-IЯ в них до
500 000 I-IздеЛI-IЙ без I{аких либо видимых призн акав износа формы 7 .
Форма l'.10жет представлять собой метаЛЛI-Iческую оболочку,
заполненную сплавом цветных металлов или каким либо друrим
веществом, пропитанным синтеТI-Iческими смолами. В таких фор..
мах можно получить большую точность РИСУНlса и высокое каче
ство отде.lIКИ поверхности. ИзrотаВЛI-Iваются также спеЦI-Iальные
формы путем напыления металлическоrо покрытия на хлопчато..
бумажную ткань. Эти формы примеНЯIОТСЯ, например, для произ..
ВОДства 1СОВРИКОВ из ПОLТIИВI-IНI-IЛХЛОРI-Iда ИЛI-I ПОЛИЭТI-Iлена, причем
о
поверхность издеЛIIИ в точности ВОСПРОtIЗВОДИТ 1"екстуру ткани.
MexaHI-Iческой обрабОТI{ОЙ I-IЗ обычной стали удается I-Iзrотовить
одноrнез) ные формы УДОВtJ1еТВОРI-Iтельноrо качества для изделий
простой КОНСТРУКЦI-IИ. Мноrоrllездные ЛI-Iтые фОрJ\iЫ требуют мень...
шеrо объема ПОЛI-IРОВОЧНЫХ работ.
Реrулирование темпера.туры и охлаждение
ПоддержаfII-Iе определенной температуры формы толкателя и
u u
ПрИЖI-IМНОИ рамы может осуществляться при помощи жидкостнои
о
системы термостатироваНI-IЯ, в KOTOpOlf В lсачестве теплоносителя
ПРI-Iменяется вода. На рис. 8,33 показан ВОДЯНО(1 бак с электрообо-
.rpeBoM, термореrулятором и llI-IРКУJ1ЯЦI-IОННЫМ насосом. Часто в
эту схему входит реле времени, предназначенное для автомати-
ческоrо включеНI-IЯ наrреватеJIей за 1 2 ч до начала работы
'вакуумформовочной машины.
В некоторых случаях для охлаждения отформо.ванных издеЛlffI
ИХ обдувают струей воздуха, поступающеrо от мощных вентилято
'.ров (рис. 8,34). Работа beHTI-IЛЯТОРОВ СИНХРОНI-IЗI-Iрована с раБОЧИIvI
циклом машины и включение их производится только на время
.охлаждения l'1зделия.
540 I JJ. \ I 1 1. Фоrj\.\ОВJ НI1Е 113ДЕJlvIll I-.I ЛИСТОВЫХ J\.'\АТЕРИЛЛОВ
Hac.ТIЬHo КОЭфф1'1Ц1'1енту теПt-1]ОПРОВОДНОСТ1'1 и rраН1'1ЧНОМУ коэф
фициенту теплопередачи.
Разоrрев Л1'1ста следует ПРО1'1ЗВОД1'1ТЬ равномерно во избежание
возникновения внутренних напряжений. Все Л1'1СТЫ ТОЛЩ1'1НОЙ от
0,025 до 1 мм MorYT бы,ть разоrреты в течение неСКОЛЬК1'1Х секунд
при помощи инфракрасныIx наrревателей излучения, расположен
ных на раССТОЯНИ1'1 75 100 )ИМ от поверхности листа. Листы тол
ще 1,5 мм (за 1'1сключением полиэтиленовых Л1'1СТОВ) следует на..
rpeBaTb менее интеНС1'1ВНО, принимая во ВН1'1мание низкую тепло
проводность термопластов, составляющую, как праВ1'1ЛО, 1, 10 4
8, 1 O 4 Ka.l /CM. сек. 2рад.
В промыш'ленных вакуумформовочных маШ1'1нах температура
листовых пластиков обыцно не замеряется. Оценка температуры
ПРОИЗВОД1'1ТСЯ путем установки. в центре 1'1 по краям листа несколь
ких термопар, соеД1'1ненных с ЧУВСТВ1'1теЛЬНЫМ1'1 мноrопозицион
ными потенциометрами.
Данные, характеР1'1зующие вреI\1Я, необходимое для наrревания
и u
Л1'1СТОВ ПО.ПИЭТ1'1лена раЗЛ1'1ЧНОИ ТО"ТIщины от !сомнатнои температу
ры до температуры формоваН1'1Я, равной 121 ос, ПР1'1ведены ниже 2О ,зо
т О.!IЩ И на .П ист а, .iHhl . . . . . . . . . 0,5 1 .5 2,5
Время разоrрева, се1\, . . . . . . . . 18 З6 48
Время разоrрева на единицу толши ны
сек/".и.w . . . . . . . . . . . . . . 36 24 19 2
,
У словни опыта;
Температура на rpeBa н ия t ОС . . . 510
У дельная I\10ЩНОСТЬ наrревателей
вm/см 3 . . . . . . . . . . . . 4,3
Расс.тояние от наrревателя ДО лис
та, М"Ч . . . . . . . - . . . . 125
Распределение температур на верхней и Н1'1жней поверх..
ности листа беС/ТIоrо ударопрочноrо ПОЛИСТ1'1рола толщиной 2 мм
при обоrреве наrреватеt.ТJЯМ1'1 раЗЛ1'1ЧНЫХ Т1'1ПОВ показано на
p 1C. 8,35.
РаспредеJlеН1'1е температур IvlO){(HO наЙТ1'1 при помощи методов,
описанных в примере 15 rлавы 11. Экспериментальные 1'1 расчет
ные данные по распределеН1'1Ю температур показывают, что для
paBHoMepHoro разоrрева толстых tlТIИСТОВ необходимо Л1'1бо YBe
личить период наrревания, либо применить двухсторонний
обоrрев.
Можно также cOKpaT1'1Tb время Ц1'1кла, .1Iрименив высокочастот
u u
ныи HarpeB листов, Иt.1]1'1 предварительныи подоrрев листов вне
вакуумформовочной машины.
Ра.зоrрев листа. с учетом формы изделия. Это способ обоrрева
заключается в подборе соответств)rющей 1'1нтеНСИВНОСТ1'1 1'1злуцения
ОПl17l1l'1алы{оя тенле от!/р'о фОfJ/'10tYОN/.IЯ
200
250
200
/50
/00
,[0
250
/5"0
/00
.
r() 5"0
...
. 25"0
t::J
200
1,50
/00
.50
250
.200
/50
./00
.дО
АНЛЛl'I3 ТЕхнолоrI--II--1 ВАКУУМФОР.L\10В,Д.НI'I.я
54]
у
..
..
I 1-' I : I f j 11 ! I 11 I 1 I 1 !: "]
ОлтlJl10Л1Jноп те/'1леJl /fl!lра фОО/'10dонuп I ! Ш LJ I
"- "'" " '\.. о \. Х "" " ',,- ','" "..., "'. '" ... '.', " .', .'", "\ '" ". ", ....." '.... ". . \. . '- ....
" W '" '" ""r--. ", ['.,i',."' ,, '" "-," .,........."-.... k "- '-.... """ "- .....<\'" " ,t'--., " '.' х х ",' ,, :
, f . I .. .-.-: .;;..?-':: t t
! 8 epx / ,/ . . ! . . , ._
, '\ /<,/
1 1 r r> "'lftlЗ
! ,: ....,..,..J '
'; ./ ./ / '/ /' L/'y /// /,/ // / / .", t-
о
,......-
,
r
а
I
I !
j
I I
,
.
Т'
, I
"'r -
, , ,
J .j
I '
I !
j 1
I
,
Верх
,
r 'i
I
lIt1з
j
+. . -.-
I I '
i I I
I .: ;
! ,
I
6
I I : ! . ! I I 1 ; i : I I
Олтtll10ЛЫiОЯ теl1пе,.оотУ'ДО f/JОfJI1080НUЯ
. . ... - . . . .J .-I! . f/ ,r--, ; ..".
,,-; /// .. .
,''''' >,, '\ . ,,\ . <........... ' '\ ", 1\......... r- "'{"":,,,"' <: <":- L )( х ( ::-;" '"
" ........., ;х. ,",,' r-...
.... '..... " ..... '... ",,"'
. I ' /" ,.,у j
I
. .'0 _._ -- . 8ejJX
! .....
,
I I j
,. fo. : & "
" . ' '1103 I
/ /
7/ /' // //,// /l/ I
. , , o. 'i . . - - ,.....-
8
j
t"
.,4 ,/
. z;;. --"' - о - - "
,'" '\ '" \ '" "''\, " I " ,, '\ ') :\." '\,, ,,'\l"\
8efJx rI"" L.,..?/ с.? I
-' /V/V ' /
/ / Vk::
/ / h'оз Опт/.l/'10Л/;IIОJl теl1пе,.оатура
?; , . - - фОр!10!ОtlUJl
1i"""7./
.....
1 2 J 4 5" б 7 8 9/0 15 20 30 W .5050 80 /00 /50200250 ЗОО J'OtJ
2
Время, сен.
"Рвс. 8,35. Распределение температур при наrревании 1fll10b ИЗ )'даVОf1роч-ноrо
по.листирола толщиной 2 мм при ПОI\10ЩИ инфракрасных наrревателей:
,а наrреватель из стекла «пиреКС» (расстояние до листа 200 мм) б наrреватель с НЗОЛЯциеЙ из
стек.поволокна (рабочая температура наrревателя 3700, расстояние до листа 1 15 мм); в ленТоч..
'Ный ннхромовый наrреватель (рабочая температура наrревателя 3700, расстояние до листа 90 MAt);
с ленТочНЫй нихромовый наrреватель (рабочая температура наrреваТеля 540 ос, 'расстояние до
лнста 90 мм).
542 r л. VJIl. ФОРl\10I3АНИЕ уlЗДЕЛИй ИЗ ЛИСТОВЫх МА rЕРИАЛОВ
.
наrревателя на различных участках листа. Участки Лl-IСТЗ, ПОДвер
женные чрезмерному утонению при формовании (резкие изrибы.
и yr лы), затеняются во время рззоrрева. Т ак, например., в ОДНО!\1
из опытов 32 белый лист ударопрочноrо полистирола ТОЛЩI-IНОЙ OKO
..?ОО
. .. .
. - 1- . . . 1
lJи
з
1..
\,.
BefJx
/50 . .
,
\
f'
f
,1'З
,z
I ....
\ "
"t \ \3
4
Hl./J
\
j
,
i
I
t
_. -. 'r. .. . .
t
\
1
.
j
.
)
i
I
I
,
. I
- + - -. - , - . r
I )
! (
!
r
I
[
I
I
I
.
.. /7J
/00
. -............... - ./"'. -.
"'"................ . -.....1 .,
---. - ' - 1 ...
)
I
,
I
,
i
,
I
rz
!
1
...
200
. /50
50
.. .............. .....,................................
r
.......
т,
- ,Tz
[' /,/]
!j
"-.... *
/7.f"'; ." j
"6
/00
. . .
.
,
r
,
i \
; 1
, ,
\ +
, 4 -
' '--r ' ' t . . .. f"'
\
I ,
J
j !
f
;
t
I
I (
, 1
I [
,
/60 Z O ЗZО юо z\
/inеНЯ 17.5
се/(,
,
tf
[J 80
Рис. 8, 36 Влияние распределения теl\fператур на раВНО1\1ерность толщины
стенок изделия:
а без экранирования; толщнна СТенок неравномерна; }.......борТ 2,08 м.M 2 В Ц MTpe 0,76 мм: 3 Ha
ребре 0,34 0,46 мм; 4 На yr лах 0.1 ММ.
б с экранированнем (эн.раи из 4 слоев бумаr и): равномерность толщины изделия в пределах
Ot58 0,63 .ММ доrтиrается неравномерпыlM обоrреВО1о1; Тl цeHTp верхней стороны; Т2 ВСРХНЯЯ
сторона; Тз -уrол верхней CTOpOHb J ; T4 ЦeHTp НИiКНеЙ CTOPOHЬ( Т5 НИЖНЯЯ сторона; T6 yroJl
ниЖней стороны.
АНАЛИЗ ТЕхнолоrии ВАКУУМФОРМОВАНИЯ
543
........1"
ло 2 МА! ПрlIкрываЛI-I неСКОJIЬК {МI-I слоями тонкой бумаrI-I (PI-IC.
8,36). Перепад температур на поверхности листа составлял f',.I20 ос.
При HarpeBe без экранирования максимально возможные пере..
пады Достиrали лишь 6 7 ос. Листы формовали в квадратной
,matpI-Iце размером 175х 175Х75 ММ. Колебание толщины стенок
издеЛI-IЯ из ЛI-Iста, разоrретоrо с экраНI-Iрованием, составляло
0,05 ММ, а для листа, разоrретоrо обычным способом, 0,68 ММ.
ИсследоваНI-Iе влияния характера обоrрева на устойчивость раз..
u
меров I-Iзделия, возникновение bhytpeHHI-IХ напряжении и механиче
ские свойства отформованных деталей показало, что изделия из
. 'листов, HarpeBaeMbIX с экранированием, обладают меньшей CTa
.бильностью размеров, но боле.е высокой стойкостью к действию
'ударных наrрузок. Увеличение средней температуры формоваНI-IЯ
u
'СОПРОВО)l{дается уменьшением внутренних напряжении и повыше..
u
HI-Iем устоичивости раЗl\1еров.
ФормоваНI-Iе листа обычно проводится в некотором интервале
температур. Минимальная температура формования это та тем..
пература, при которой изделие (например, коробка) с довольно
OCTpbIMI-I yr лами получается без отбеЛI-IваНI-IЯ на crI-Iбах ИЛlI дру"
.rих заметных дефеI{ТОВ. Максимальной теl\rlпературой формования
U u
СЧI-Iтается температура, ПрI-I KOTOpOI-I ЛI-IСТ, закреплеННЫI-I в при..
)КИl\fНОЙ раl'ле, ЛI-Iбо ПРI-Iобретает слишком большую 1\1яrкость и те..
. кучесть 11 ПРОВI-Iсает под собственным весом, либо прI-Irорает вслед..
ствие tePMI-Iческоrо разложеНI-IЯ. Так, листы I-IЗ определенных
марок ударопрочноrо полистирола можно разоrреть до темпера..
туры 238 ос без заметноrо I-IзмеJlеНI-IЯ I-IX внеШJlеrо ВI-Iда. ЛI-IСТЫ
из сополI-I]\лера, СТI-Iрола и aKPI-IЛОНI-IТРI-Iti1а выдеРЖI-Iвают HarpeBa..
ние до 232 ос без появлеI-IИЯ запаха жженой резины I-IЛI-I обесцве-
'чиваНI-IЯ.
В cootbeTCTBI-II-I со стандартным методом (ASTM D648) опреде"
",Т} ял I-I теплостойкость и температуры размяrчения различных ли..
'СТОВЫХ материалов. Температура размяrчения замерялась по Be
.личине ПРОВI-IсаНI-IЯ листа при наrревании. Полученные данные со..
постаВЛЯЛI-IСЬ с соотвеТСТВУЮЩI-IМИ минимальными и maKCI-Iмаль
ными температураМl-1 формования (см. табл. 8,7). Испытание на
'провисание проводится только для жестких листов. ОбразеIL
'термопластичноrо материала шириной 12,7 ММ и длиной 25,4 ММ
консольно закрепляется на штативе и помещается в печь; скорость
наrревания составляет 2 ос в минуту. Температура, ПрI-I которой
провисание консоли равно 3,175 ММ, считается температурой
размяrчения. Эта. величина лежит НI-Iже температуры формования
и соответствует значению, оrrределенному ПрI-I ДI-IнаМI-Iческих
испытаниях образцов по уменьшению модуля' упруrости при кру"
чении 39 . Интервалы оптимальных температур формования pac
Сl\tатриваются на стр. 558.
544 rл. VJIJ. ФОРl\10ВЛНИЕ И3ДЕ '1I-1й ИЗ Лl'IСТОВЫХ МАТЕРl'IАЛОВ
Обра.зова.ние скла.док на листах. ВО3НI-1кновение складок на
ЛI-1стах оБУСЛОВЛI-1вается двумя ПРI-1ЧI-1нами: температурным pac
ширеНI-1ем и текучестью разоrретоrо материала.
Температурное раСШI-1рение B03HI-1кает во всех heOpI-1ентирован
ных ЛI-1стах при наrревании их от комнатной температуры д() тем..
пературы формования и составляет 1 2 % от первоначальных
размеров в любом направлеНI-1И. ПОСI(ОЛЬКУ лист жестко закреплен
о u
с четырех сторон прижимнои рамон, в результате темпераТУРНОI О
расширения образуются складки.
ОбразоваНI-1е складок на листе термопласта может возникать
также вследствие чрезмерноrо снижеНI-1Я вязкости смолы при
температуре формования. При этом лист провисает под собствен..
ным весом. Такое явление может создать серьезные трудности
при формовании в мелких матрицах БОЛЬШI-1Х листов из-за преж...
девремен.ноrо СОПРI-1косновения листа и поверхности матрицы.
ПРОВI-1сания вследствие тепловоrо раСШI-rрения и растяжения
при размяrчеНI-1И можно избежать, применяя предварI-1тельную BЫ
тяжку и ориентаЦI-1Ю ЛI-1СТОВЫХ материалов в процессе шприцева
ния. Обработанные taKI-1I\1 способом листы при наrревании до TeM
пературы размяrчения дают некоторую усадку, которая при пра
вильном выборе предварительной вытяжки компенсирует тепловое
раСШI-1рение matePI-1ала. Чрезмерная предварительная вытяжка
может вызвать в листе напряжения) препятствующие HopMa ТIb
ному формоваНI-1Ю.
При формоваНI-1И I-1зделий из полиэтиленовых листов можно
СНI-1ЗИТЬ веЛИЧI-1НУ провисания, подбирая образцы с низким индек"
сом расплава 2О , 33 (т. е. с высокой вязкостью расплава):
Образцы полиэти.nена
Л В С D
0,6 1,0 7,] 3,0
Индекс расплава (ASTi\\ D ]238). . . . . . .
Величина ПРОБис.ания, % от этоrо же значения
для смолы А . . . . . . . . . . . . . . .
]00 135 150 300
Вытяжка разоrретых листов
Равномерность утонения листов. Неравномерность утонеНИ51
стенок изделий является фактором, orpaHI-1ЧI-1вающим ПРI-1менение
непосредственноrо вакуумформования. Неравномерность утоне-
ния заВI-1СИТ от отношения Н /\f!, а также от конфиrураЦI-1И ис
пользуемой формы: наличия уrлов, скруrлений I-1 т. д. На рис. 8,37
показано утонение. листов толщиной 0,2 мм из жесткоrо поливи...
НИЛХЛОрI-1да при формовании в круrлых матрицах различной rлу-
бины. Применяя дифференцированную вытяжку под вакуумом,
т. е. maKCI-1мальный отсос на сrибах и минимаЛЬНЫ I на ровных
участках, удается получить наибольшую равнотолщинность из-
ЛlfЛЛI-1З ТЕХНОЛОf}II-I 8..\l(У:\;..\r1ФОР1v\ОВЛНI-IЯ
545
...........
делия. однако при этом в I-1зде,.пиях возникают bhytpeHHI-1е напря
жения, вызывающие ИСI(ажение размеров формуемых изделий.
у довлеТВОРI-1тельная равнотолщинность I-1 стаБI-1льные разме..
ры изделий получаются при формовании натяrиванием на пуан-
сон, с помощью толкателя И"Т}I-1 при формоваНИI-1 с предварите.1ЬНОЙ
u
вытяжкои сжатым возду ом.
t::1
,
0,203
0,183
0,122
0,081
0,0 (,. f
О
N
t::1
Щ-
:::,.. ц,j
'-J '5 'OJ)
t
/00 t5
::t
80
t:j
60 "'
4(}
20 -
q,,
о
н: w==!:з
/f:W:=/:2
11: W;;;::: I : 1. 5
I '
t::1. t::1
::t.: I ;t::
:::З \
ltJ
::t
w
/
t
I
\ ::t !
::rFi
I '3
'I
Рис. 8,37. Измен€ние ТОЛЩИНЫ аиста НЕп.ластиqицированноrо
пеливинилхлорида в заВИСИ -IССТИ ОТ СТЕпени ВЫТЯЖКИ.
. ,
, .
.,
q8
t ll7
..
fj 6
0,5
{7,
O
Q2
0,/
О
80
10 '
<
БО
50 ...
90
ЗО
20
/0
О
227
Толщина она
Толщина стенок
120 ' O /ВО /80 200
lёнпература форноt!ан/./я ос
Рис. 8,38. ФОРi\-fование с п.ри\-н:нение:.л ТО.ТIкателя. 8лняние
теI\1пературы фОр:Vlования На ТО.Т1П1.ННУ дна, и CTeHOI\ изделия
(Cf\OpOCTb т 0.,1 KaTe,,151 940. М -/ и /сек).
Влияние температуры фОрI\:10вания на ТОЛЩI1Н)Т стенок и Дна
J\здеЛI-1Я показано на plIC. 8,38 на ПрI-1мере формоваНI-1Я с помощью
35 Переработка термопластичных матсри( лоIЗ
546
,
[л. VIII. ФОРiV\ОI3АНl-IЕ vI3ДЕЛИй из .листовыlx Мi\.I ЕРИАЛОВ
L
толкателя прямо)'rольных коробок размером 95 х 63,6 х 97 ММ
из ударопрочноrо листовоrо полистирола толщиной 1 ММ. Друrим
фактором, ВЛИЯЮЩуlМ на равномерность утонения стенок изде..
лия) является скорость вытяжки, которая зависит от скорости
u
отсоса воздуха, скорости перемещения толкателя, прижимнои
рамы и формы (Pl-IC. 8,39). Медленная вытяжка приводит к рас..
трескиванию из за преждевременноrо охлаждения. В результате
слишком быстрой вытяжки получается чрезмерное утонение
стенок в местах уrлублеН IЙ и на уrлах формы, так как материал
«течет» медленнее, чем движутся элементы формовочной машины.
;tqe
t;tI,B
Ц2
о
80
.
80
'- "'>
,
...t:i
'tO
t:,
20
.
ТОЛЩl.Iна dHa
I
" ,- Толщина ст 6'HOI(
I
I
о
25 .50 ? /00 /25 150 OO
Скорость ле,оенеЩ6'fltl.R
толкатt'ЛN J I'11'1/сен.
Рис. 8,39. Формование с применение '1 толкателя.
Влияние скорости перемещеиия толкатели на тол..
ЩННУ дна и стенок издепия из листовоrо УДаро..
прочноrо полистирола; температУра формования
177 ос.
Скорость вытяжки обычно определяется температ.урой формуе..
Moro материала. Более тонкие лИсты требуют более быстрой
вытяжки, так как они быстрее. охлаждаются, отдавая тепло в окру-
жающую среду. .
Одно.мерная вытяжка. Оптимальным вариантом вытяжки ма..
териала является равномерное вытяrивание ero во всех направ
лениях. Одна.ко для отдельных изделий это условие может ока..
заться чрезвычайно трудным или невыполнимым. В таких .слу
чаях возможна вытяжка matePl-Iала только в одном направлении,
'J
QTO вызывает сильные изменения ero механических СВОИСТВ вслед
ствие ориентации материала.
Так, например, ударопрочный полистирол подверrался одно..
u u
оснои вытяжке на различную величину при оптимальнои темпе..
ратуре формования (170 195 ОС). Влияние ор иентации на меха
u u u
аические своиства оценивалось по величине удельнои ударном
вя.зкости образцов, замеренной в продольном и поперечном направ"
.ттениях.
,
АНАЛИЗ ТЕхнолоrИli ВАI(УУ \ФОРl\'\ОВАНl-IЯ
547
........
Кривые, представленные на рис. 8,40, показыают,, что Для об
разцов, вырезанных вдоль направления вытяжки, удельная
ударная вязкость в определенных пределах с увеЛУlчением вытяж
ки возрастает, в то время как удельная ударная вязкость в Ha
правлении, перпендикулярном вытяжке, резко понижается, Эти
кривые характеризуют влияние ОрI1ент а uии ДtJТ"IЯ случая предель-
ной вытяжки. Различие в характере этих !{PI-IВbIХ становится еще
более заметным при низких температурах формования для MaTe
риалов, проявляющих ВЫСОl(УЮ элаСТl'1ЧНОСТЬ, таких, l<aK HeKOTO
рые виниловые полимеры и сополимеры акрилонитрила и бута-
диена со стиролом 32 .
..
0.06/5:
0.05/5
с::: o,O /,5
qo.J/.J
002/,5
I
О
..t=
I
./ ..2
........
...........
..
.
.
25 fO 75 100 /25 /50
Cт пeHb dь/тдt7fcН %
Рис. 8,40. В.лия ине ОДНО\..fерноrо растя)кения
на удельную ударную вязкость Jlиста ИЗ 'YДa
ропрочиоrо ПО.ПИСТИРО 1 а при теi\'1перат:урах
фОр1\fования 171 и 185 с с:
l образец ИСПЫТblвался В НапраБлении ЕЫ"fЯЖl{И; 2 об.
разец испыты1алсяя в нзпраВ.,1СНИН, перпендикулярном
направлению ЕЫТЯЖКИ.
r ладкая пленка l'1З ПОЛI-IСТl'1рола может быть подверrнута одно-
осному ра тяжению в несколько сот процентов, вследствие чеrо
в направлении вытяжки возрастают такие ПОI<азатели меха Нl'1че...
ских свойств, как прочность на растяжение, общее УДЛl'1нение и
сопротивление растрескиванию 16 . Для большинства процессов
формования средняя веЛl'1чина вытяжки не превышает 60 <10, а раз..
ностЬ величин вытяжки по двум взаимно перпеНДИI<'УЛЯРНЫМ Ha
правлениям составляет не более ЗО . Таким образом, для боль
шинства листовых термопластичных материалов, при УСЛОВИl'1
правильноrо выбора температуры формования, не наблюдается
u
значительноrо различия в механичесКих своиствах в продольном
и поперечном направлениях.
Двумерная вытяжка. Величину двумерной вытяжки можно
определить как выраженное в процентах удлинеН}lе в ПрОДОЛЬНО J
И поперечном направлениях. Эту же. веЛl'1ЧИНУ можно предстаВJ-IТЬ
35*
548 rл. VIII. ФОРМОВАНИЕ уlЗДЕЛуlй 113 листовых МЛТЕРуlАЛОВ
.
как увеличение площади matepI-1аJJа, выраженное через OTHOCI-1
TeClТIbHoe утонение JII-1Ста (в 6):
Степень ВЫТЯЖКI-1* 100
t-
l
tf
\
1
rде t i первонача.пьная ТОJIЩI-1на L1иста;
tt ТОЛЩI-1на ЛI-1ста после ВЫТЯЖКI-1.
Соотношение между ytoheHI-1ем JII-1Ста при двумерной вытяжке
и удлинением ВДО4.!]ь осей rvl0жет быть найдено I-1З ПРI-1веденной ниже
формулы:
L F - L i
l 1
Li
'"
ti
1
W F Wi
Wi
..... [........ ..
. t j ,
+1
rде L F конечная ДЛI-1на;
L i начальная длина;
W F т конечная ШI-1рI-1на;
\\Ir i начальная ШI-1рина.
Это соотношеНI-1е может быть также определено rрафически
(рис. 8,41)14,15,23.
ВЛИЯНI-1е двумерной вытяжки на механичеСКI-1е и термические
свойства БОЛЬШI-1нства жестких ЛI-1СТОВЫХ материалов изучено
довольно подробно. } ля измереНI-1Я ЛI-1нейноrо УД.ТIинеНI-1Я при BЫ
тяжке на поверхность формуемоrо ЛI-1ста наносится квадрат, раз..
битый на клеТКI-1 размером ПРI-1мерно 3 Х 3 млt. По веЛI-1ЧI-1не ЭТI-1Х
u
KJleTOK после вытяжки можно определять ЛI-1неиные УДЛI-1нения.
vТ}исты разоrревают с одной стороны до температуры формования
I-1 вытяrI-1вают на 5 90 % в УСЛОВI-1ЯХ вакуумформования.,
Влияние дву.меРНО20 растяжения на .механические свойства
. .матерttалов. При двумерной вытяжке предел прочности материаJ1R
на растяжение в продольном I-1 поперечном направлениях вследст"
'вие эффекта ориентации увеЛИЧI-1вается. Это явление наблюдалось,
например, при 200% "ном растяжеНI-1И листовоrо полистирола 16 .
Влияние степени вытяжки изучали также на литом листа..
U I
вом полиметилметакрилате, которыи вытяrивали в двух 8за...
u u
имно перпендикулярных направлениях в rорячеи маслянои BaH
не при низкой скорости деформации 14 , 15, 23. Предел прочнос.ти
u
оставался почти неизменным в широком диапазоне степенен растя..
жения. Только при 150 ..HOrvl растяжении предел прочности уве..
ЛИЧI-1вался на 6 12%.
.1..... 1
* Степень вытяжки определяется при условии равенства вытяжки в обеих
направления х . п РИ.'Н. ред.
АНАЛИЗ ТЕхнолоrии ВАКУУМФОРМОВАНИЯ
549
,
т
с увеЛуlчением степени растяжения удельная ударная ВЯЗкость
повышалась, а с увеличением температуры формования понижа..
лась.
о j
O ] 2,0 2 O
w .
Отношение НОl/fZль/-/оt/ 1.1 HOHel/HOи
, 100
" '
;::, "
90
80
=t:
70
6'0
50
O
::;
30
20
/O
.
I J f I I V
J J ) J /'/ i
j ? / )? /
I / 1 , , / i/
J IJ J I J
J. / J It/ /
1 I
[ i/ J
. . . - · .. 1- I /, J I /
I ) / 1 / / /
$; ./' \ / /
l' I И /
'1 J J (
J J
1 I V I V
I j i tf,l t
,f/ 1 J r / / 1!
j.J IJ
I ' r
/ l\\ J ) I l/J
11 ) / V 'z'
J j (/
.. r"' j :J j
/ J) :
I I I J 11 J r
11 \ I' j J I J J I
r , f / ' , r
I I I / I! /2
· J r o '/
r/ ,1 I / I 1' / !f ' I I
J J 1 j J А L............L.
'/ "
I V I J
j . I
IIV' 'j ' r r
J J } , .
I
I
v
J
I
1
I
.
j
I
j
r
I
'/
j j
S Lf;O
m ОЛЩ ин
Рис. 8,41. Зависимость межДУ степеныо двумерной вытяжки и
утонением образца:
l..........для Toro чтоБыI ОСУlцествнтЪ дву.мерное растяжение образца на 670 . ero
ТОЛll\нна должна Быlьь в 2,8 раза больше заданной (конечной); 2 для TOr()
чтобы растянуть образец на ЗО в ПРОДОЛЬНО)-I И на 100% в поперечном иа..
правленнях. ero Первоначальная толщина должна быть в 2,6 раза большо
заданной (конечной); 3 кривая равной ВЫТЯ)1{1\И при двумерном раСТЯ)l{ении.
Цифры на J{ривых удлнненне образца в попереЧНО!\.1 направлении в о/о.
550 rл. VIII. ФОРМОВАНИЕ I 3ДЕЛI1rf ИЗ ЛИСТОВЫХ Л1АТЕРИАЛОВ
На рис. 8,42 показана зависимость удельной ударной ВЯЗ
КОСТИ ОТ температуры для листа из ударопрочноrо полистирола
при формоваНI-IИ ero ПОД Ba
КУУМОМ. Изменение удельноj:I
u
ударнои вязкости в заВИСI-IМО
сти от степени вытяжки для
листовоrо ПО.J]I-Iакрилата пока..
зано на pI-IС. 8,43 и 8,4414,15, 23.
/2
//
Q.) 4/0
t::J
(J,09
i 0,08
qQ7
.....
08
а05
I
0,01,.
80
70
5"0
...
t8
t5
12
'
цв j
ав r
tj
О? ! r
." о ltJ 20 .J{/ {/ 5"0 80 70 6'0 g/J /00-
Ст опеltЬ dытЯЖIfU-, ro
. r
.r I
I
10
/$0 /80 210 21,.0
Теlfлеротl/ра f/Jof1HoOaH{/R ос .'
\
Рис. 8,42. Влия ние степени двумерно-
ro растяжения образца из листовоrо
ударопрочноrо полистирола при раз...
1ИЧНЫХ теI\,fпературах на удельную
ударНУIО вязкость по Изоду.
Цифры на KPHBЫX % растя}кення в ПрОДО.пЬ
НОМ направлении.
.....
l\,
.
(3
,
ll8J
q69
5j
q28
Оl+
11/1
'8з
rJ6.9
4°55
'о.ою
,
4088
Рис. 8,43.. 8.пияние степени растя
",
жени я ооразца из листовоrо ПОJIИ
акрислата на {деЛЬНУ10 ударную ВЯз
кость по Шарпи (разrvlер образца
12,7>< 12,7 .М:М).
'....l
./" .
"7
,
i f
.
L'
--
............. .
1
- r
J
. \ )
............. .
I J j
; ,
, . ...........
) l l I
I
I I I
t J
I I.T
.... .
40/4-
О
20 Ю 60 80 юо 120 IЮ /с/О
Стеnено 41J1ff111.;W1HU I %.
.
Рис. 8,44. Влияние степен.Н растяжения образца из
лис TOBoro по"r:rиакрилата на удеЛЬНУ10 ударную вяз-
кость; Вес падающеrо rруза 222,6 z, толщина
л иста 1 ,52 МЛt.
ЛliЛЛИЗ ТЕхнолоrии ВАКУУМФОРМОВАНИЯ
J
551
Остаточное удлинение при разрыве для ЛИСТОвОrо растянуто
rO полиметилметакрилата значительнО больше, чем для нерастя"
HYToro, однако по мере увеличения степеНl-1 вытяжки оно умень"
шается. Листы из полиэтилена формовались вакуумом при двух
температурах 33. При этом общее удлинение при более BbICOKO}1
температуре выше. вследствие уменьшеНl-1Я степени ориентации.
Ниже показано влияние температуры формования на HeKOTO
рые физико"механические свойства ЛИСТОВОrо полиэтилена:
Предел прочности при растяжении, KFjCM 2 :
в продольном направлеНИll .. . . . .
в поперечном направлении . . . . .
Относительное УДЛlJнение, %:
в продольном направлении . . . . .
в поперечном направлении . . . . .
Если определение предела прочности при растяжении произ
водить с высокой скоростью (500 мм/мин), то общее удлинение
может быть принято за ме..
ру жесткости листа. Как
видно из рис. 8,45, для лис..
TOBoro ударопрочноrо поли..
стирола общее удлинение с
повышением температуры
формования и увеличением
степени вытяжки умень-
шается. Аналоrичные резуль..
таты получены для листов
I-1З сополимеров акрилонит..
рl-1ла с бутадиеном и стиро
ЛОМ (рис. 8,46)32.
Влияние двумеРНО20 pac
mя (енuя н,а сmаБИЛЬflосmь
размеров. Стабильность раз..
меров листа, растянутоrо в
двух взаимно перпендику-
лярных направлениях, опре-
деляют после выдержки при
u
повышеннои температуре в
течеНl-1е 100 ч. Чем выше
температура формования ли-
ста, тем меньше степень ори..
ентаЦl-1И материала, а следовательно, тем выше стабильность
р ззмеров.
ЛI-1СТЫ I-1З поливинилхлорида различной жесткости вытяrl-1ва..
ли на 20 . 25 . при температурах, соответствующих условиям фор-
Температура формования
116 0 С 151 ас
164
130
350
5]0
]44
88
560
сl;.
.
22
, O
...
18
:t
/8
/4
/2
/0
)
,
i
j
.
f
1
( \
,
I
130 /40 . /00 /80 200 220 2/rO
Температvра f/lорноdан/./л, О(
8
Рис.:В,45. ВЛ}fяние степени ДBYMepHO
ro растяжения образца из ТIистовоrо
ударопрочноrо полистирола при раз
ных температурах формования на об
щее УДЛИ,нение (скорость вытяжки
500 ММ/ МИН).
Цифры На КРИВЫХ О/О растяжения в ПРОДОЛ ь
ном направлении.
552 I ..!J- VIJI. ФОРЛ10ВЛНJ.-IЕ ИЗДЕЛ1'IРI 1'13 ЛI.IСТОВЫХ А1АТЕРJ1ЛЛОВ
.
мования, после чеrо yIX выдерЖУIваЛУI в течеНуIе 100 ({ npyI 44 c.
ПРУI этом оказалось, что усадка ЛуIстовоrо неплаСТуIфуIцирован
Horo ПОЛуIВуIНуItпХ 1Jорида l\1еньше, чем усадка неплаСТИфуIЦуIрован
8$
6'0
"
55
:t: ,50
45
40
cu
::r
. 3$
30
160 /70
/80 /90 200
Тенперотуро форноlОflllR,
220
2/0
ос
j
[J ис . 8,46. 'Влияние степени двумерНоrо растяжения образца из
сополимера акрил он итрил а с бутадиеном и стиролом при различ
ных те!\lпературах фОр!\10вания на общее ):1длинение (скорость BЫ
тяжки 500 М.ftf/.IИU1i).
цнфры На KpHBЫX % раСТЯ}I{ення в продольном направлеини.
HOrO сап оли мер а ВИНИtJYJХt-10рУIда С ВИНуIлацетатом (PyIC. 8,47). До-
бавлеНуIе плаСТуIфуIкаторn к ПОЛИВИНуI,,1JХЛОРуIДУ В количестве
20
16
*12
,
.
8
it::J
4
,
,
,
,
.
r
,J
3
100 /20 /40 '\ /60 /80 200 220
lёHпepoтf/pa rpOj1'!O(}{/HUR I ос
Рис. 8,47.. СтаБИ\i1ЬНОСТЬ pa3 1epOB образца ИЗ
.ТIистовоrо неПJlастифицированноrо поливинил
хлорида, подверrнутоrо ДBYM PHOMY растяЖе
нию на 20 25 (усадку определяли после BЫ
деРЖI{И в течение 100 ч при 74 ОС):
1 СОПОЛНМер ВнНИЛХJ10рода с винилацетатом; 2 пласти
фнцированньтй ПОЛИВИННЛХJ10рИД (10% пластификатора);
:з непластнфнцнроваI 1 н Ы Й ПОЛИ вннилхлорид.
..
АI-JАJII/IЗ ТЕхнолоrии ВЛ.I(УУМФОРЛ\ОВ.АНИЯ
553
.
5 l09 ПОЗВОt>ТIяет осущеСТВl'1ТЬ ВЫТЯ)lСIС"),r Л!-1ста у,ке Прl1 74 ос,
I!:'!'
однако CTaOl'1JIbHOCTb раЗi\1еров ПрI1 этом у'меньшается.
В результате термообрабОТКl'1 на Лl'1стах 1'1ноrда flОЯВtf1ЯЮТСя
складки. Лl'1СТЫ, отформованные Прl'1 Нl'1ЗКl'1Х l'1ЛИ BbICOKl'1X теl\1пе..
ратурах, только слеrка l'1зrl'1баются l'1JIlI остаfОТСЯ rлаДКl'1Мl'1; t,т]l'1СТЫ,
отформованные пр 1'1 среДНl'1Х теl\1перат)'рах, Сl'1ЛЬНО морщатся.
Стабl'1ЛЬНОСТЬ ПОЛl'1этиленовых сП 1'1 сто В , ОТфОрl\10панных пр 1'1 вы..
COKl'1X температурах, ПОВЫСl'1.пась после выдерЖКl'1 l'1X Прl'1 темпе--
р атуре выше 66 ос.
ИспытаНl'1Ю подверrа rrl'1СЬ Jll'1CTbI ПОЛl'1стирола двух марок r
стандартный и теПЛОСТОЙКl'1Й (Pl'1C. 8,48)32. Образцы l'1З теплостой..
}(oro ПОЛИСТl'1рола не МОРЩl'1Лl'1СЬ после выдерЖКI1 Прl'1 74 ос, в то
время как в случае стандартноrо полистирола значительно KO
робl'1ЛИСЬ. Усадка листов' с 80 ..ной степенью вытяжки, отфор"
l\лованных Прl'1 120 ос, составила 1"'..121 %, Прl'1 температуре 160 ос
толькО 6 7 %. Пр 1'1 повышеНl'1И температуры выдержКИ с 74 до
85 ос лист из теплостойкоrо ударопрочноrо ПОЛИСТl'1рола также
наЧl'1нает коробиться. ВеЛl'1Чl'1НЫ усаДКl'1 теПЛОСТОйкОrО материала
u U
Прl'1 повышеннои температуре 1'1 матеРl'1ала стандартнои MapI(l'1 при
более низкОй температуре примерно одинаковы. Для по учения
I\fатеРl'1ала с более ВЫСОКl'1МИ прочностными характеРl'1СТl'1ками
формование следует проводить при низких температурах, в то
время как для уменьшения величины усадки температуру фор-
моваНl'1Я повышают. Обычно выбl'1рают какой то средний (про--
!\iе)куточный) реЖl'1М формования. Лl'1СТЫ l'1З СОПОЛl'1меров акри...
_ТIонитрила с бутадиеном и стиролом не коробятся после выдерж-
к 1'1 в течение 100 {! при 74 ос. При повышеНl'1И температуры до
8.5 ос или при более длите.JIЬНОЙ термической обработке наб..!IЮ--
даются обесцвечивание листов и деструкция пластмассы.
Влияние двумеРНО20 расm.lqжения на сопротивление растррски--
ва1iИЮ. Растяжение в продольном и поперечном направлениях
}; 1)тчшает сопротивляемость материала растрескиванию. Так,
u
liапример, подверrнутыи двухосному растяжению полиметилмет..
аКРl'1лат не растреСКl'1вается Прl'1 кратковременных испытаниях ero
п РОЧНОСТl'1 пр И Р астял(еНИ I.
Предельное IIапряжеНl'1е', Прl'1 I\OTOpOM начинается paCTpeCKl'1'"
вание этой Пt,ТIастмассы В бензоле равно примерно 3/4 преде.ла
прочности при растяжении листов на 100 %. в то же время указан
tIOe предельное напряжеНl'1е COCTaBJI яет 1/4 предела ПрОЧНОС-Тl'1 об
разцов, не подверrавшихся растяжеНl'1Ю. С увеЛl'1чеНl'1ем степени
вытяжки растрескивание образца заметно уменьшается. Однако
сопротивление абразивному износу значительно понижается по
сравнению с нерастянутым материалом.
Влияние скорости фОР.lVfования на степень ориентаЦИl-l. С умень--
шением скорости формования степень ОРl'1ентаЦl'1И понижается.
554 rл. VIII. ФОРМОВЛНl-IЕ И3ДЕЛИй ИЗ листовых МАТЕРl-IАЛОВ
liiI
2/ . 17.1 1 .
r
П , I
I I :
I I
" 1
t I 1
, I ,
20 I +---- I ............... ..
. I
I
I
I ! 9
;9 ; t . .
,70 I
8
/8 .......... --'!
I 60 I
\ i
I
/1 I I , 7
I ......... I ...
1 r I
, I
j I
j I '. \6
t
/6 . ,
...
r ;
I
I
/5" t j 5
I \ ,
I 4-
,
J
/З :J
/2 2
. ... // I
/0 О
/50 /<50 /70 180 1.90 200
$;
9 Теl1пеfJотУjJl7 фОрl1080ниR ос
8 а
1
.
б
s
J
2
I
О
12О /ЗО
/40 150 16О 170 180 190 200
16'l1леротуро фОfJI10tJОНl/Я) ос
t5
Рис. 8,48. Влияние степени двумерноrо растяжения полистирола при различ-
ных температурах на стабильность размеров (усадку образцов определяли после
выдержкИ в течение ]00 ч при 74 ос; цифры на КРИВЫХ % растяжения в про-
дольном направлении):
а.........СТандартНый полисТирол; б.........Теплостойкий полистирол.
Alif\J1I--IЗ ТЕХ1-fолоrии ВАКУУМФОРМОВЛНI--IЯ
555
,
НI-Iже показано влияние скорости вытяжки на mexaHI-Iческие
свойства лИсrrОвоrо пОлиэтилена (температура формоваНI-IЯ 116 ОС):
Скор ОСТЬ ВЫТЯЖКИ, см/сек
10 20
Предес.ТI прочности при растяжении, KrjCM 2 :
в продольном направлении . . . . .
в поперечном направлении . . . . .
Относительное удлинение, 'б:
в nродольн Ol\it направлени:и . . . .. 505 500
в поперечном направлении . . . .. 350 510
При более высоких скоростях формования величина относи-
тельноrО удлинеНI-IЯ в направлении..вытяжки уменьшается вслед-
u
ствие высокои степени ориентации в этом направлении.
Максимальная вытяжка. Сущес.твуют специальные приборы
u
.Д,,'1Я определения ДОПУСТI-IМОИ степени растяжения листовых ма-
териалов при различных температурах (рис. 8,49). В таких при..
борах материал, наrреТЫЙ до
температуры формования, на..
тяrивается на круrлую раму
'Степень вытяжки материала
можно реrулировать. Сначала
определяется та максимальная
u
.степень вытяжки, при которои
образец разрушается. Затем CTe
пень вытяжки постепенно умень"
шают так, чтобы образцы не
разрушались, но степень их вы..
тяжки максимально приближа-
лась к критической. Растяну..
тые образцы охлаждают и заме..
ряют толщину на участке, нахо..
дившемся во время испытания
внутри рамы. Величину двумер"
ной вытяжки вычисляют по
уменьшеНI-IЮ толщи.ны обр азцоВ.
153
]27
]64
130
.. . . . .
. .
....... о.. ...
.... о.. ....
-- .....----..........
. ..
..... ... ...
. . . . . . .
. . .. .
.....
..... .
. . . о.. .
Охлаждение
рис.
НИЯ
8,49. Прибор для определе--
максимальноrо двумерноrо
растяжения.
Режим охлаждеНI-IЯ rOToBoro
изделия имеет большое значение
для Bcero процесса формования листовых материалов. Например,
тонкостенные изделия из жестких листовых материалов после
охлаждения на пуансоне иноrда растрескиваются во время съема.
Поэтому температура пуансона и матрицы должна поддерживать..
u
ся в определенных пределах при помощи циркулирующеи воды
или электронаrревателей (табл. 14).
556 rл. VIII. ФОР ОВАНИЕ vI3ДЕЛIIй yI3 листовых МАТЕРИАЛОВ
:j
\.о
,..
t--I
=
t;
::
с..
(1)
Е-с
::Е
><
:з
се
Е-
U
::
I!!;
:s
:с
:r
::
I!!;
с..
се
Е-
u
:=
=
u
u
:;:
::с
u
u
:r
:;:
:;:
I!!;
с
u
t--
u
:а
с..
t--
О
::с
u
:с
:;:
'::
:ж:
«J
=
::Е
с..
:з
::Е
:;:
:Е
u
Q..
с,)
о
..
..Q
t-
с)
О
Х
о
u
О
r:::
:::
-l)
Ь
:s::
О
Q.
О
.-&
:Е
::s::
с.;
о..
О-С!
,.......
........ r--'
:::: u 'o::f1
000
...:::::
2
. О
t.....t
,
с,)
о
"
а
i
. e
=: ... ох
..е. r" ..... '-J ............
..e.r, Q. U
m :s:: Q) ;:: о
o::r a
t:; З
-....
.....
lD
(J)
'л
<t
1=:(Q)"", u
II!:'O O (.,)o t---o
= ............ >..
a..t:::: ro ou
о r--- LJ)
..e.C:::uQ.
а,) :;s:: О М
,......r ::f ф. rn а..
::r:....,....j t::
е
..........
C'J
со
а
rл
<t
l.Q "'1
"-
OO
......'-.)
:s:............
o.
:::
00
ф
Q
rл
(.,)
:s:..........
o..
t::
cl)
' ::'
0..c...D::
>, о:: ::s:: u
C) ;r:O
L..... .:rз
о.. CtЗ
о.
t:;
Q.roCl)
Фо. u
t:: >. O
t:;
с) О
r--- t-
.
. се......
<l) 0...Q
t: U
0..0
ф О
P-..e.
I I
...
f
.
tt:I
О
:Е
р-
О
..е.
';>..
f-o
CI:3
Ф
t::
:Е
:l)
.
u
roO
;:s ..
c:::
:S::x::
:;g
..Q
c:::
:c
r---
t::
о
r:::
::s::
Q.
cl)
f-o
CI:J
:::
,.д
о
с..
::
f.i
u
r::
о
='
if"
r: f') CV)
I I
O.......--t
,...
........4
........4 ........4
.... r-.
С) о;
I
I
00 сх)
r.. ..
1'--- J.'-.
с() L ")
.... ....
c'\l
/
........40
... ...
C'J C'\I
C'\I
с()
t t
Ф
Ф
с()
с()
[ t
с()
о t..Q
......... c't
......... ........
1 I
<D сх)
, о.......
......... .......
......-j
\ \
сх) сх)
L'"'- L'"'-
(.о Ф
\ \
OJ
LC
00
......... .........
J.'-. Ю
сх)
.........
I I
uj .........
C"f.)L'"'-
.........
.
.
::
:а
:t:
=:r'
О
а..
.t::
о
а..
CQ
...
CVJ
I
I
t
"..
с'1
c't
r..
00
.........
.........
(.о
t
со
00
..
i
с()
....
l
,
I
(.о
..
О
о
OJ
t
с()
J.'-.
о
00
00
00
......-j
t
!
(.о
1
с()
сх)
t
1'---
j
t
t
00
.........
!
сх)
c't
О
.........
t
........4
.........
\
Ф
.........
.........
о
.......-t
t
t
!
о
о
......-j
о
Ф
\
OJ
\
t
j
о
Ф
.......-t
i
1
!
о
......-j
t
CVJ
OJ
c"f.)
I
J.'-.
!
m
........4
!
\.Q
.......--t
.......
L'"'-
.......--t
,
c't
сх)
.........
с'\)
, .... :E
I "....... "''-1 · о I ·
ca оt;о :з:: u:Е
h{ . &а.. Ф 3
со .::с...... :з:::: ....
:J::,..., f.i r:."'""" Е-с .....,. .t:: ,..... = о
...... f-oo'-t U = U :t: 2' 'о а..:з::
· :з:: о Е-с U E-c а;
:>о .с..0O-tt; =::
;I:: ::Е Q) Q) \O; Е-с :С О
""' o .::::;:E :E""" о с,)
o-t а..= х t; Е-с
а;:З:: ::
се с..:З:: t; c'ij t; ::Е = а.. \о
фФО О oCQa;
::Е .t::::t::U :З:::Е :;:
r---e о О o-t
U U r:::
Е-с
со
r::
o-t
;:.<
:;:
о
(.о (.о
t !
О
..
OJ
[
Ю
...
J.'-.
l
OJ
\
1"'---
о
.......-t
!
о
сх)
f I
t \
I t
t t
,
O
ОСФ
.........
j I
O
.........
......... .........
" .
I
"а; t;
.:0 =
:с
.:I: :r:::
аз = а..
· CQ О
a;::t t;
......:: ,.....
,.д а., ....... ><
;:с О
t; 3
со
I
с
....
r..:)
tf)
с',1
w
с()
1'---
i
I
с()
J.'-.
tf)
.........
......-j
I
!
о
.........
m
,.....
1
о
ф
(.о
\
......-j
L'"'-
с'1
.........
j
CVJ
CJ
о
с()
.........
t
l.!j
"
I
.
о
а.. "
::f .
' ,
?:J::
"""'"
Е-с :Q
t) .....
со =
r::
t::
а; tD
:r:
АНЛЛl'13 ТЕхнолоrl-IJ1 ВЛКУУJv\ФОР "\ОВЛНl'IЯ
557
....... r
LC G(J со ..........
м ! I I LC 00 G(J ф
G(J сх) ,.. ,.. ,.. r.
..
м CX) tf) LC LC
.,.
cv)
а а tO a
м """"'"'1
Ф } \=: ! \ } 'lQ О О ! ! ['---..
.... ... ........ .......-4
lO 1.0 l.Q G(J o v
........t
,
,."....
C"I
I ..............u , \ LC \ 1.0 I \
............
ф ... .
C.D .........
.. ..
a
,...........
r""("". м
.. .,
м с'1 .....
_"
C.D .......... .......... с.о .......-4
! , I \ l ! I о ) ) ) ) ,
а
а v OJ 00 G(J
с.о tf) ф LC l.Q с'()
а LC
а .......... G(J
ct:) сх) .......-4 ........t
, OJ I I f I , а I 1 I I
..........
C'.I t--- OJ OJ
с.о сх) t--- СУ")
........t ........t
CN C.D о') о')
LC uj 00 .......-4
........t C'I C'I с'\1
\ а \ а f f , ф I , J t--- ,
OJ t---
'fIIIIIIIIj OJ .......-4 OJ .......... с')
........t t""- ........t
'fIIIIIIIIj с'1 ........t
.......
ф
'fIIIIIIIIj
ro
1 cj) OJ f ' I f \ I \ , I I I
'fIIIIIIIIj
с'() .......... cv) а .
""."" u; lO CJ)
,
j I 1 I ,
сх) OJ C'I v t'-
с'() C.D LC C.D
V
..
с.о
..........
, 'fIIIIIIIIj 1 , cj) \ uj а \ f ф
а с'1 о') G(J
'fIIIIIIIIj cj) ..........
CJ) о')
а
с.о
,.....
\
........t
I I
r . ::r: .
ФСО
::: :r:: са ·
х == о
с::: O-t.
"" = .
::r:
o.-&.
t---
::;: E- ·
o-t t--- U ==
о Q) со .....
O ::1 ...a
t:: >< ::r:
о
U
-
OJ
........t C'I
Фа
I I
l.Q CJ)
М
м
с.о
..........
!
с'()
ОМ
c.o
.....-4
I I
a
C'()
.......-4
t
LC
сх)
..........
CJ)
CJ)
..........
..........
t
.......
....<1....
.
::r:
.....CL
т-c:;r .. а.;
Q)
о = а;
:: if; gs
:;: со
O-t
о о
t::t::
I
1:; · .
Q)
= . .
..... ......
:а од ::: Q)
c......... .....,.,.....(
r:."""'" ,.....r
.......
:r:: :=
...
c) o
:fФ =
o c....
U
o.. or::
t::° o
t:
.
.......
. .
о ·
::
.
o
t:1 ::r:
Q)
::
""""'" f-t
a;
:Е
t---
u
<
......
од
:.'"о ('t)
м О
О .
f2 8
2..'
Q) . 2
::1 Е--о
>.l")
t---\O О Ф
а; со o =
E--t t--- 9
:::r
(1J
.
.
:s:;
:а
......
.
.
.
"'т"'с
......
:-:s:; Q)
:r::
::
а; о
::cO-t
Е:
о
t::
C'I
J
,
с.о
.
....... ::::
:;:: t---
Q)
:Е
.' 8.
::а
roQ)
=
::Е :::: ::::
ro
:s: о о
r:: t:: t::
О
t::
OJ
I
.
I
,........1
.
а
I
ф
I
C'I
LC
I
t""-
t""-
.
I i
. . о.............
t::
· ro. ...............
. 8..
;s:: t--- О
.с......... .ro::I:
r:."""'" ::I: Q)
ffi . 0.-&
\D '
= o-t
o:OC'\S\O
Q) ::r: ·
::r: =:::
3
t::
I
, ::I:
q: а;
о.. "'\.1
Z Q) CQ
t--- О
= cl) .. f-t .
Е- ::C ::
i:roQ)......
a;CТ') ...a
O-t::r:
т&o
о
t::
558 rл. VIII. ФОРЛ\ОВЛНИЕ 11ЗДЕЛI-:Iй ИЗ ЛуIСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
......А ...
Зависимость между максима.П:ЬНОЙ степенью вытяжки и тем..
пературой формования ДJIЯ листовоrо ПОЛУIстирола показана
на рис. 8,50. _
В процессе формования с применением 1.0лкателя матрица
обычно не наrревается. Если температура формы окажется слиш..
КОМ низкой, то на поверхности l\латеРУlала MorYT образоваться дe
фекты. В случае слишком высокой температуры формы или очень
быстроrо съема изделия на нем MorYT появиться морщины. Ско-
рость охлаждения заВуIСуIТ от теПtJ1JОПРОВОДНОСТИ материала и тол
10 80 90 /00 //0 120 /ЗО /4-0 150
Т6'l1леjlО/71!lfJ О фОjJl1аdОNtlR ос
Рис. 8,50. Влияние температуры фОрМQзания на
степень !\1аксимальной вытя)кки образца из
листовоrо ударопрочноrо полистирола.
/О{)ОО
:t:
",,- 8000
',:, "'
в 000
r --.)
I:U
IOОО
2000
_.
I
.
j
I
ЩуIНЫ листа. Для Toro чтобы ускорить охлаждение, формы и
изд.елия можно обдувать холодным воздухом.
Листовые материалы
Идеальный листовой матеРУlал дол}кен обладать достаточной
прочностью и вязкостью как при низких, так и при высоких
температурах, не деформироваться под влиянием паrрузок н не
стареть. Он должен обладать высокой теплостойкостью, высо..
u u u
кои стоикостью К деиствию воды, l\rIасел и смазок, низким оста.точ"
ным напряжением, достаточной вязкостью расплава, чтобы лист
не провисал, блестящей поверхностью и, кроме Toro, иметь низ..
кую стоимость.
Ни один из сущеСТВУЮЩУIХ сТIИСТОВЫХ термопластичныХ мате...
риалов не отвечает всем ЭТуIМ требованиям. Наибольшее распро'"
странение ПОЛУЧИtJТ"[уI следуЮЩУlе пять rрупп листовых материа
лов полистиролы, полиакрилаты, виниловые полимеры, полиоле..
фины 11 целлюлозы. В последнее время все большее значение при...
обретают продукты ПО lуIконденсаЦуIИ, такие, как полиэфиры, по...
ЛИСТОВЫЕ '\АТЕРуIЛс.ТIЫ
.
559
лиамиды, полиоксиметилены и поликарбонаты. Некоторые физи
'ко механические свойства различных листовых материалов при
ведены в табл. 14. Фирменные названия указанных материалов
можно найти в Moder'n Plast;cs Encyclopedi а и в соответствующей
литер атуре.
Листовой J\.fа.териал на основе полистирола.
Л исты из у даропрочноrо полистирола. Уда роп рочный листо..
вой полистирол представляет собой смеси у1ЛИ сополимеры поли..
стирола с бутадиеН СТИрОЛЬНЫl\1 каучуком или Пру1витые сополи..
меры бутадиена с боковыми стирольными цепями. У даропрочный
полистирол дешевый материал который леrко перерабатывается
в листы на ШПРУ1ц-машине с щелевой rоловкой.. Около 75 % BcerO
u
листовоrо полистирола расходуется на изrотовление деталеи для
холодильников.
Оптим'альная температура формования полистирола 170
185 ос. При формовании листа толщиной 2 мм (расстояние между
наrревателями и листом 75 .. 100 мм) на стандартной машине эта
температура достиrается в течение 70, сек. Для Toro чтобы полу"
чить блестящую поверхность, некоторые листы покрывают слоем
u U
полистирольнои пленки, ориентированнои в продольном HanpaB
лении.. Для повышения стойкости листов к действию солнечных
u
лучеи их поверхность иноrда пропитывают материалом, поrлощаю...
щим ультрафиолетовые лучи. Поверхность листа из ударопроч..
u U
Horo полистирола, покрытоrо пленкои «маилар», имеет хорошую
стойкость к истиранию. Такие листы используются для изrотовле....
ния мебеЛУ1, оБЛИЦОВКУ1, поделок и т. п.
Листы из сополимеров акрилонитрила и бутадиена со стиро
лом. Листы из сополимеров стирола и акрилонитрила более хруп'"
Ky1, чем листы из ударопрочноrо полистирола. Однако, смешивая
или сополимеризуя этот материал в различных пропорциях с co
ПОtТIимером бутадиена и акрИЛОНИТРJlла, получают листы различ...
ной жесткости, от очень жестких ДО эластичных (например, KO)I(e
заменители). Удельная ударная вязкость этих материалов прlf
u
комнатнои температуре значительно выше, чем удельная удаРН.ая
вязкость ударопрочноrо полистирола. При низких Т.емпературах
удельная ударная вязкость обоих материалов выражается вели
чиной одноrо порядка. Вследствие Toro, ч1'О в композицию входит
u u
каучук) механические своиства Лу1СТОВ меняются под деиствиеrvl
тепла и света. Оптимальная температура формования таких ли
стов 150 180 сс. Листы из сополимеров аКРИЛОНУ1трила и бута..
диена со стиролом находят все более широкое применение в само-
ле10строении и автоматике в качестве материала для прокладок
u
И дверныХ панелеи, передних щитков y1 ИЗОЛЯЦИу1.
560 r Л. \'11 I. ФОР:vI0ВДJ..I:VIЕ }13ДЕJ1I:Iй 113 ЛI1СТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
""'\ Opl/.eHт,UpOBaHHaJl /1./leHKa lЗ IIОЛl.lСI71UРО)lа ПРУ1 формоваНУ1И
пленки, ориентированной в продольном и поперечном направле
Ну1ЯХ, необходимо тщате.ТIЬНО KOHTpOJIY1poBaTb процесс наrревания
Такую пленку можно формовать просто в rОРЯЧУ1Х неrлуБОКУ1Х
матрУ1цах Однако чаще Bcero ориеНТУ1рованную ПОЛУ1СТИРОЛЬНУЮ
П}lенку перерабатывают меТОДОl\1 вакуумформоваНУ1Я с калибров
кой и охлаждение1vl на пуансоне ИЛу1 Же комБУ1НИРУЯ вакуумфор
мование y1 формоваНУ1е при ПОМОЩу1 сжатоrо воздуха. Основное ко..
u
личество такои пленки идет на изrотовление маленьких прозрач
ных пакетов
Листы из пенополистирола. ЛУIстовоfr пенаполистирол обладает
ВЫСОКу1МИ ИЗОJIЯЦу1ОННЫМИ показателями, поэтому он служит
у1деальным MaTepY1atll0M для у1зrотовлеНу1Я ТI0СУДЫ для rорячих
наПу1ТКОВ и мороженоrо. TOI1Ky1e Лу1СТЫ ТОЛЩу1НОЙ 0,5 0,6 мм пе..
рерабатают в у1здеЛу1Я разовоrо употребления, такие, как фор..
fЛОЧКу1 Д.ТIЯ мороженоrо, стаканы для ToproBbIX автоматов, таре..
ЛОЧКу1 и т. п , методом вакуумформования Плотность пенополи"
CTY1potJla равна 24 64 К2/л,t3 ТеМllература наrревателей при erO
вакуумформоваНИу1 должна быть ПОНу1жена с 570 до 340 ОС, . а Bpe
мя HarpeBa соответственна увеЛу1чено .
Д,,1Я Toro чтобы не HarpeBaTb материал лишний раз, вакуум..
формовочную маШу1н)r часто ставят непосредственно за шприц..
машиной Такое ОфОРМtI'Т1ение процесса является beCbI\-fа удачным,
так как листы из пенОП.Тlаста rораздо БОJlее чувствитеЛЫ IЫ к про..
до Т}жительности HarpeBa, чем t;lJy1CTbI y13 ударопрочноrо ПОЛу1СТу1
рола. В результате слишком ДЛу1тельноrо наrревания они обычно
коробятся, поскольку пеНОПОJIу1СТИРОЛ имеет высокий КОЭффУ1
Цу1ент термическоrо раСII1у1реНУ1Я.
Листовой материал на основе полиакрилата
Литые н шприцованные листы из полиа.крилатов. ЛУ1СТЫ у1З
ПОЛУ1метилметаКРУ1лата, как JIИТЫе, так и полученные шприцева..
Hy1el\f, перерабатываются ОДНу1М J1: тем же способом. Блаrодаря
'высокой атмьсфеРОСТОЙКОСТУ1, прозраЧНОСТУ1 и прочности OHy1
наш Т]и Шу1рокое ПРу1менеНУ1е в качестве материалов для крыш
aHrapoB, сиrнальных фонарей l\iашин, вывесок, реклам y1 apMaTy.
ры для ламп. Стоимость листов у1З СОПОЛУ1меров СТУ1рола и MeTy1JI- .
метаКРУ1лата значительно Ну1же, чем Лу1СТОВ из метилметакрилата.
Кроме Toro, они обладают вы1окойй прозрачностью, но менее
устойцивы к воздействию атмосферы. Смесь меТУ1лметакрилата
. U'" U
С каучу'ком дает прозрачныи листован материал с повышеннои
u
) арнои прочностью.
Ориентирова.нна.я пленка. из полиакрилата. Такая пленка полу
чается на ШПрl1Il машине и растяrивается в продольном y1 попереч..
ЛИСТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
561
ном направлеНIIЯХ в процессе у1зrотовлеНу1Я. Она об,п.адает ОТЛу1Ч"
ной прозрачностью и высокой прочностью. ОриеНТУ1рованная
IIленка у1З ПОЛУ1аКРИJlата ПРУ1меняется в основном в качеСтве Ma
u
'терУ1а.па Для светящихСЯ панелеи.
Листовой материал на основе виниловых полимеров
Л исты из непластифицировзнноrо поливинилхлорида. У дель-
ная ударная вязкость листовоrо непластифицированноrо поли
Ву1Ну1,]1ХJI0ру1да достиrает Toro же порядка, что и удельная yдap
ная вязкость ударопрочноrо полистирола, причем она не
Уl\-1еньшается при ПОНу1жении температуры до 40 ос. Обычно
u
.JIy1CTOBOII ПОЛИВУ1НУ1ЛХЛОРИД темнеет со временем, однако HarpeBa"
Hy1e уI свет не влияют на ero мехаНу1ческие качества. Листы из
непластифицированноrо поливинилхлорида MorYT вытяrиваться в
широком Ду1апазоне температур (80 235 ос) при условии, что CTe
IleHb ВЫТЯЖКу1 не превышает 5 25?iJ. ПРУ1 увеЛУ1чеНУ1И степени вы..
'тяжки Ду1апазон температур уменьша тся, так как при слишком
u
низкои температуре вытяжка очень затруднена, а при СЛИШКО!\i
высокой лист может порваться. Маленькие пакеты и рельефные
}(онтурные карты у1зrотовляются из непластифицированноrо по
ливинилхлорида обычным методом.
Листы из неплзстифицировз.нных сополимеров винилхлорнда
и ВИНИЛ3.цетатз.. Листы из непластифицированных сополимеров
ВИНу1tJТ1ХLТIорида и Бинилацетата обладают лучшей теJ<учестью и
леrче растяrу1ваются при формовании в !\fатрице. Однако вслед
u u
ствие низкои теплостоикости эти термопласты находят оrрани"
ченное применение. Перерабатываются эти СОПОЛу1меры Пру1
110МОЩу1 вакуумформоваНУ1Я. ЛУ1СТЫ из неплаСТУ1фУ1ЦУ1рованных
СОПОЛУ1меров винилхлорида y1 Ву1нилацетата У1СПОЛЬЗУЮТСЯ дЛЯ
изrотовления прозрачных пакетов, различных эмблем, рекламы
и т. Д.
Листы из пластифицированноrо поливинилхлоридз. Этот
материаи1J лучше Bcero перерабатывается в издеЛИя с небольшой
rлубиной вытяжки. Как праВУ1tlYJО формоваНУ1е проводят в мелких
rорячих матрУ1цах. Лу1СТОВОЙ пластифицированный ПОЛу1ВИНИЛХЛО"
рид ПРУ1меняется для у1зrотовления ковров, масок, бумаЖНУ1КОВ yJ
u
друrих издеЛу1И.
Листовой материал на основе полиолефинов
Листы из полиэтилена. Формование листов из полиэтилена
.l\IОЖНО BeCTy1 при температурах, превышающих ero точку плавле..
Ну1Я на 10 40 ос. Чем выше температура формоваНУ1Я, тем БОJlее
Переработка термопластичных материалов
562
rЛ. VIII. ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИй ИЗ Л IСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
.1
стаБУ1ЛЬНЫ размеры изделия, так как степень ориентации материала'
понижается. Для Toro чтобы избежать провисания листа, реко-
мендуется применять полимеры с низким индексом раСПclrrава.
Большое количество предметов домашнеrо обихода изrотовляется,
U u
из листов разветвленноrо полиэтилена средне и и малои толщины..
Полиэтилен широко применяется в качестве материала для лабо .
paTopHoro оборудования, посуды, иrрушек, упаковочноrо la...
териала для пищи, скобяных изделий, химических реактивов
1'1 т. д
в тех случаях, коrда необходимо ПРУ1дать издеti1ИЮ определен
u
ную жесткость, следует применять Лу1СТЫ у1З Лу1неиноrо пОt,ТIиэти
лена.
Полиолефины сОчетают в себе высокую прочность даже при
u u u
низкои температуре с ПОЛНОll неТОКСу1ЧНОСТЬЮ и стоикостью КО
МнОrим химическим веществам.
Листы из полипропилена. Листовой полипропилен в настоя...
щее время выпускается в полупромышленном масштабе. Листы
из полипропилена формуются так же, как и листы из линейноrо
полиэтилена.
Листовой материал на О::нове целлюлозы
Листы из ацетата целлюлозы и ацетобутирата целлюлозы
перерабатываются в прозрачные пакеты, стаканчики и друrУ1е:
изделия.
Оптимальная температура формования ацетата целлюлозы
135 .. 163 ос. Оптимальная температура формования аuетоБУТУ1рата.:
целлюлозы 130 160 ос. При более высокой температуре в изде
лиях появляются вздутия.
В проuессе формования может произойти конденсаuия паров
выделяющихся из пластификатора или остатков растворителя..
Этот конденсат оседает на стенках матрицы. Поэтому цри формо
вании таких термопластичных материалов рекомендуется пользо--
ваться матрицами с вентиляционными отверстиями или же фор...
мовать изделие на пуансоне. Кроме Toro, в результате выделе
Ну1Я паров из растворителя или плаСТИфУ1катора может произойти
образование микропузырьков внутри листов термопластов, вслед---
ствие чеrо изделие теряет свою прозрачность. Практика. пока...
зала, что чем быстрее происходит HarpeB листов из ацетата и
ацетобутирата целлюлозы, те1\I менее вероятно пОявление взду"
тий в материале. Для предотвращеНУ1Я появления пузырей в.
изделии формование следует ПРОВОДУ1ТЬ в форме, предваритель....
но наrретой до 38 66 ос.
Листы из этилцеллюлозы прозрачны и Т]еrко формуются в'
изделия. Они обладают хорошей устойцивостью к деЙСТВУ1Ю Ку1СЛОТ
ОБРАБОТКА rOTOBblX ИЗДЕЛИй
563
.
u
.И щеJIочеи. и поэтому их применяют в качестве упаковочноrо мате-
u
риа(l1Jа в Пищевои промышленности.
Полиамидные полиэфирные пленки
Полиамидные пленки очень леrко формуются в изделия Плен...
ка из поликапроамида ПРI-Iменяется в качестве упаковочноrо
'.материала в рыбной промышленности.
Ориентированные пленки из полиэтилентерефталата характе..
ризуются высоким пределом прочности при растяжении и резко
'выраженной температурой размяrчения. Такие пленки успешно
перерабатываются методом формования листа, зажатоrо по KOH
"ТУРУ, или комбинированием вакуумформования и формования при
помощи сжатоrо воздуха. Блаrодаря своим высоким диэлектри..
u
..ческим СВОиствам пленки из ориентированноrо полиэтилентере..
Iфталата нашли широкое применение в качестве прокладок в теле..
,визионных трубках, диафраrм в микрофонах и т. д.
Обработка'rотовых изделий
После TOI'O КаК изделие
..ленu от осиовноrо листа.
Обрезка тонкостенных изделий. Обрезка таких изделий может
производиться как в rорячем, так и в холодном состоянии. В ла-
.,бораторных условиях обрезка производится вручную при помощи
.'ножа или НОЖНИЦ4
Механицеская обрезка производится при помощи стальноrо
вырубноrо штампа в виде рамы с острыми краями толщиной 1,5
2,38 мм и высотой 25,4 50,8 мм.
Конструкция штампа выбирается в зависимости от формы
изделия и КОЛI-Iчества rнезд в форме. При помощи TaKoro штампа
'.мо)кно вырубать отверстия и пазы в изделии. Вырубной штамп
u u u
.монтируется на деревяннои или немаrнитнои металлическои раме.
Изделия обрезают на панели из прессованных опилок, волокни
'та, эбонита или пластическОй массы с высокОй жесткостью. В слу..
'чае необходимости можно изrотовиТЬ штампы для обрезки изде..
.лИй rлубиной свыше 25 50 ММ. Эксцентриковые прессы и малые
пневматические или rидравлические прессы TaKR{e MorYT исполь-
зоваться для обрезки тонкостенных изделий. На рис. 8,51 схема..
тически изображено совместное вакуумформование и обрезка из--
.делий при помощи специальной комбинированной машины. Об..
,ЩИ 11 вид комбинированной вакуумформовочной и резательной
машины представлен на рис. 8,52.
Обрезка.
отформовано,
оно должно быть отде--
.36*
564
r л.
VI 1 1.
ФОР "'10 ВАН 1-'1 Е
1-'13ДЕЛИй
113
Л1-'IСТQВЫх
л,lА ТЕР1-'IАЛОВ
J(}'крепленuе листа
I
о
Q
.. , ...
,....".............
r ,-,-,-.' .-.'. '.' " .",' ...., .,',',. - .
- .' '_ ._ -:: : :: ::::: :: :': :- -:. :::::: :.::..:-<::;::":'.. '. - .
. , . _.' ,', '.'. '.' I . ._,',' ,'е ,',', ',_,_ _ r,_ I . .'.'.',_._. .-.'.' I .,. . '. : '. . . '.. . _ .'. . ... . . .'. .
'.' ':'. . ;.::-... : : - : :.; ;- -;. :':::':':::::: . _:: :':::::::'.: :,': : :: :-' :':::-.' :::<:-:':'-: ::<. ::.:::':.: :«,- :::: .: ','..
. ". .." . :":':', "" /. <. ::: ::....:: :-.:::-: :.::.::.....:':I ' .\..<:..:::.::..:-:':-". <.:.',:, ':". '.:- . ....,... _._...._._._.. ......" .' ....',', -. .
.. '. . . . . . . . . .. ..' . .
..0" ..... ...... ..' ...... ". .. ....... . ............ . .... .... . ....
.. . ... ..' ..... .. .'. .'.. ..' . ..... ....... ....,..,.,." .......... . ........ .'. . .... ..
.,. ...............,...... ........... ..... .. .. ,......... ....... . .. .... .....
.. ......
..... '.
..
.. ....
. . ..
. .. . .
... ... .
. ,.. .' ....' .
.... .
." , ",. .......". ,....
. ....., .,' ,.,':.. '.'.. .'. ..... ,.... " ..
::..' : О:: .: :.":. .....<:::-:-..':.:.:.. '. :
"., . .. .... . .. . ..'
':: ':: . ' ; . :.:: :.:: .:;:;:: : , . .:' .: : ,:'
...............,..,... .'.'.'. ........",.,.,...
:.::::-:,...::: :'.: : . -:..:.: : :..:.:':: : :.:
d
Q
I (
( :
Д'6и хсто роннее
НО 2pedoH ие
2
с::::3
1::::1
t:::::)
з
= 1 ,
I1p eиt1 (J р {/ т ел bh r 011
tll:JllТIяжна
.
t
F
Опускание
ВhlР!lОНОёО штомnа
ВоКfjfjнформоdt1N ие
. .
.. . ..
..'"
.:)
Рис.
8,52.
Комбинированная вакуумформоsочная
и резательная Nlашина.
1:
=,, t F
,
в настоящее время появились пла
нет арны е резаки, которые дают возмож
ность отрезать отформованное изделие I-IЛI-I
u
rруппу изделии от OCHOBHOrO листа в тех
случаях, коrда вся линия обрезки лежит
u
в одно и плоскости.
Лист прижимается к профильному HO
жу заданной формы с острыми краЯМI-I
Сверху на Hero опускается подвижная MaT
рица, которая обкатывает кромку ножа,
одновременно отделяя от ЛI-Iста изделие
(рис. 8,53). Механизм управляется пнев
r'
I
)
Вырезка при помощи
НОёретОёО шmонпа
J
J
о
..
Рис.
8,51.
Вакуумформоваиие
1"
издеJIИИ.
и
обрезка
-.r--
..
ОБРАБОТКА rOTOBbIX ИЗДЕЛИй
565
................:b....d>..
,
..............P'l
матически. В некоторых новых машИнах для l'1зrотовлеНl'1Я тары
встроены автоматические приспособления для обрезки изделии.
,
&> РеЖ!lщие
I(fJOHNtJ
,...
Рис. 8,53. Планетарное режу.щее устройство.
Обрезка толстостенных изделий. Толстостенные ИЗД,е.ПИЯ
можно обрезать только после Toro, как они остынут. Для ручной
обрезки можно пользоваться rильотинным ножом или ленточноt1
u
пилои.
МехаНl'1ческая обрезка производится на вырубных штампах и
при помощи различных режущих мехаНl'1ЗМОВ.
-Существует несколько типов обрезных штампов: кулачковые,.
высокие штампы и штампы Уолкера. Кулачковые штампы изrо...
ТОВ.л:яются из стальных полос размером от 3 до б мм, заостренных
с одной стороны. OHl'1 при меняются для обрезки l'1зделий rлубиной
менее 53 ММ.. Штампы Уолкера и высокие штампы применяются.
для обрезки издеЛl'1Й r лубl'1НОЙ от 53 до 178 ММ. ДЛЯ Toro чтобы
изделие в процессе обрезки oCTaBatlfJOCb неПОДВl'1ЖНЫМ, на неподВиж....
ной плите вырубноrо штампа предусматриваются спеЦl'1альные
rнезда, куда закладывается обрабатываемая деталь. Матрицы MOH .
тируются на обычных вырубных прессах для металлов, TaKl'1X, как
кривошипные пресса или тяжелые пневматические или rидраВс,ТIl'1--
ческие пресса. КрупноrабаРl'1тные изделия, например Двер1'1 xo
10ДИЛЬНИКОВ, обрезаются на 150 TOHHЫX rидравлических прессах
с ходом в 500 ММ.
ДЛЯ Toro ЧТобы не Прl'1менять слишком мощных прессов, об-4
резку часто выполняют при помощи rорячих штампов. Такие
штампы наполовину прорезают, наполовину проплавляют лист.
термопласта. Обычно применяют Эv1ектричеСКl'1Й l'1ЛИ масляный
обоrрев штампа (масло циркулирует в медных трубах BOKpyr.
штампа). Для Toro чтобы аккуратно обрезать изде !Iие, пользJ/ются
обрезным штампом, СОСТОЯЩl'1М из матрl'1ЦЫ 1'1 Пj/ансона. Как
566 rл. VIII. ФОРМОВЛНvlЕ vlЗДЕЛvlРl vl3 ЛvlСТОВЫХ i\1ЛТЕРИЛЛОВ
u
правило, в штампах таких конструкции применяются направляющие
колонны. В тех случаях, коrда вся линия среза лежит в одной
плоскости, можно использовать ,планетарные резательные маши-
ны. Иноrда, пользуясь кулачковыми штампами, удается произ..
вести обрезку по линии, не лежащей в одной плоскости. Однако
такие приспособления дороrи. Они примеНЯIОТСЯ только при
и
крупносериином производстве.
На.несение рисунка на лист и обра.ботка поверхности
Предварительное нанесение рисунка. Относительно простым
способом является разрисовка изделия путем нанесения рисунка
на лист перед формованием листа в изделие.
Точность при мноrокрасочном печатании достиrается шелкотра..
фаретным или литоrрафским способами печати, на ротационных ма-
и
шинах, тиснением на прессах, напылением красок, декалькоманиеи.
Раскраска отдельных листов пр и помощи шелковых трафаре-
тов является наиболее дешевым способом.
Ротационными печатными машинами пользуются для раскраски
рулонноrо материала.
При изrотовлении печатных форм белый лист тер.мопластично"
ro материала сначала формуют в изделие, раскрашивают вручную,
а затем закладывают в пресс и наrревают На опрессованном листе
u
термопласта остается несколько видоизмененныи рисунок, кото..
рый копируют, И изrотавливают шеЛI(ОВЫЙ трафарет ИJ1И печатную
доску.
Поверхностная обра.ботка.. Для защиты рисунка отформованное
изделие покрывают слоем лака. В некоторых случаях, для предот
вращения оседания пыли, изделия покрывают слоем токопроводя"
щеrо материала, препятствующим скоплению статических заря'"
ДOB Изделия MorYT быть покрыты защитным слоем из Cal\1bIX раз..
личных материалов, таких, как пленки, ткань, бумаrа и пено"
пласт. На листовой материал можно наносить короткие ворсинки.
Кроме Toro, их можно покрывать слоем друrих matePI-Iалов. Необ..
ходимо быть особенно осторожным, для Toro чтобы избежать Bыдe
ления пластификатора или попадания растворителя на поверх..
u
ность rOToBbIx изделии.
Меха.ническая обработка.. [отовые изделия обрабатываются
обычными шлифоваЛЬНЫМI-I I-I ПОtJIироваЛЬНЫМI-I круrами. Сверле..
ние, расточка, штамповка и т. д. производятся при помощи обыч..
ных ИIIструментов вручную I-IЛИ на станках. Необходимо избеrать
возникновения местных переrревов в процессе обработки, так
u
Kal( это приводит к ВОЗНI-Iкновению остаточных напряжении в ro"
товых издеЛI-IЯХ.
ЛИТЕРА ТУРА
567
ПерспеКТИВbl развития процесса формования
термопластичных материалов
До настоящеrо вре lени процесс формования термопластичных
l\латериалов основывался не на тщательном инженерном анаЛ1-1зе,
а на эмпирических данных. Кроме Toro, было очень мало извест
..
НО О КОЛ1-1чественных соотношениях между различными технолоrи
цес к 1-1 М 1-1 параметрами. Поэтому наиболее важными вопросаМ1-1,
подлежащими изучению, являются следующие:
1) определение скорости HarpeBa раЗЛ1-1ЧНЫХ листов при по
u
]\лощи наrревателеи излучения; J
2) выбор режима охлаждения в заВ1-1С1-1МОСТИ от теПt-Т"lОВЫХ ирео..
u
лоrических своиств материалов;
3) определение степени утонения листа в зависимости от кон..
струкции формы 1-1 условий формоваН1-1Я;
4) выбор формы изделия и конструкции прессформы, которые
обеспечил 1-1 бы оптимальные процностные свойства, стабильность
размеров и прочие необходимые показатели rOToBbIx изделий.
ЛИТЕРАТУРА
1. А 1 d i n g t о n Е. Т et а1., Trapped Sheet Fоrmiпg, Modern P]astics,
33, N2 3, 7, ] 17 (]956).
2. Апопуmоus, ТЬе Air Slip Method of Vacuum Forming, P1astics (Lоndоп),
N2 7, 158 (]954).
3. Апоnуmоus, From Design to 3..D Displa y 1 , Modern PJastics, 33, NQ ] 1, 3, ]01
( ] 955) .
4. Апопуmоus, Епgiпееring а. New Case Modern P1astics, 32, N2 7, ]], ]]3
(] 955)
5. Anonymous, Formed Sheet Styrene Copo1ymers Invade Metal Stamping Field..
Моdеrп PJastics, 33, NQ ]2, 4, 108 (1955).
6. Апоnуmоus, Formvac..Airs1ip Process, Kunststoffe, 47, 23 (1957)"
7. Апопуmоus Масhiпе for Thermop1astics, Modern Plastics, 34, NQ 1, 5, 142
( 1957) .
8. Anonymous, Modified Vacuum Forming Technique, Brit. Plastics, 29, 252
(]956).
9. Апоnуmоus, Molds for Vacuum Fоrmiпg, Моdеrп P1astics, 32, N2 3, 7, 124
(1955) .
10. Апопуmоus, А Ne\\?' Test of Sheet Formabi1ity, Моdеrп Plastics, 35, NQ 11,
3, 145 (1957).
1]. Anonymous Plastics-'Junior Giant , ModernPlastics, 32, N2 4,8,87 (1955)&
12. Anonymous, Progress Report оп Sheet Thermoforming, Моdеrп P1astics,
34, Ng 5,9, ]07 (1957).
13. Апопуmоus, Shape з. Sheet, Моdеrп Plastics, 31, NQ 5, 9, 87 (1954).
14. А х i 1 r о d В. М.., Effects of Biaxi al Stretch Forming, Modern Plastics,
30, No 12, 4, 1] 7 (1 952). .
15. х i 1 r о d В. М. et al., Biaxial Stretch Forming of Acryllc, Моdеrп P1a
stics, 31, NQ 9, ], 128 (1953).
]6. В а i 1 а у J., Stretch Оriепtаtiоп of Polystyrene and Its Interesting Resl1lts,
Iпdiа Rubber World, 118, No 5,225 (1948).
568 rл. VIII. ФОРN10ВАНvIЕ vI3ДЕЛl'Il/I ИЗ ЛI1СТОВЫХ \1ATEPI'IAJ10B
.....
......
...
17. В 1 о m А. V., Graphical Сhаrасtеrizаtiоп of Plastics, Kunststoffe, 43,
294 (1953).
18. D а \' е про r t R. с., Fоrmiпg of Rigid Thermop1astic Sheet, Plastics
Тесhпоl., 2, 232 (1956).
19. D а v i s D. А., Automatic Sheet r'orming, Modern Plastics) 33, \ 8, 12,
11 9 (1956).
20. du Ропt (Е. 1. du Pont de Neтours а. Со., Inc.), Iпfоrmаtiоп ВLl11еtiп, Х 92
А1аthоп Po1yethylene Rеsiп- Thern10forming.
21. Е s с 3 1 е s Е., Combined Vacuum апd Thermoforming Л1асhiпе, Кuпststоf
f е, 47, 543 ( 1957) .
22. Federal То01 Corp., Picnic P1ates \/асиит Formed, Моdеrп P1astics, 29, 12,
11 (1952).
23. Н i 1 t n е r J. R.. Rесепt Progress iп tl1e Deve10pment of Multiaxially)
Stretched Acrylics, paper рrеsепtеd at 5th Тrапsраrеnt Materia1 СопfеrеI1се,
Sept. 15, 1953.
24. Н о \У е 1 1 G. Н., When ап \\/11)' to lTse Drape Forming, Modern Plastics,
32, NQ 1 О. 2, 138 (1954).
25. Н о у J. М., Vacuuт Forming of Ро1 /st) rепе Sheet, SPE Journal, 10, J\Q l
1, 9 (1954).
26. Н r u d k а R. F., Тесhпiquеs for Dеsigпiпg \TaCULL1n Formed Plastics Parts
Масhiпе Dеsigп, 28, No 3, 1 J 4 (1956).
27. М а t u 1 а t G., Progress in FоrП1iпg Thermoplastic Materials., Кuпststоffе t
47, 291 (1957). .
28. М i g h t о п J. W., P1ug Assist Forming, SPE Jоurпаl, 12, N o 6, 6, 83
( 1956) .
29. М о r i t z Н.) Е \V а 1 d R. Chemical апd Ph {sical Questtons at the Ma
nufacture апd Fоrmiпg of Thermop1astic Sheets апd Fi1ms, Кuпststоffе,
46, 195 (1956).
30. О е 1 z е Н., Processing of R igid Р. у Т . с. Fi1ms 1 Kunststoffe, 47, 93 (1957).
31. Р i е r s о п о. L., Forming Sharper Thicker Corners, i\rl0dеrп Plastics,
35, N2 11, 3, 152 ( 1957) .
32. Р 1 а t z е r N., Rigid Thern10plastic Shееtiпg, Моdеrп Plastics, 31, N2 11,
3, 144 ( 1954) .
33. R о w е А. G., Therтoforming of Po1yethylene Shееtiпg, paper presented
at ACS mееtiпg Sept. 1957
34. S а u t е r Р. А., Уасиит Forming and Drape Моu1diпg, Brit. P1actics,
27,420 (1954).
35. S с h m i е d е r К., W о 1 f К., The Temperature апd Frequency Dереп
dance of the Mechanical Properties of High Po1ymeric Materials, Kol1oid
Z., 127, 65 ( 1 952) .
.36. Siatem, Со., Testing apparatus, Ita1ian Patent 41165, 1956.
37. S t r а t t о n B ) Deep. Dra\\T Vacuum Forming) PLastics Wor1d (Ne\v
у or k) 1 16, МО 1, 1, 1 (1958).
38. S t r а t t о n В., BJister, Skiп апd Snap Расkаgiпg, I<unststoffe, 48, 68
( 1958) .
39. Z i m m е r m а п S. S., Vacuum I оrmiпg of Thermoplastic Sheet, India
Rl\bber V/or1d, 129, No 11,216 (1953).
40. Z i m m е r m а п п S. S., VaCUUI11 Fоrmiпg of Thermoplastic Sheet, Сап.
Plastics, Ng 3, 99 (1954).
Т.лава 1 Х
ФОРМОВАНИЕ полыx ИЗДЕЛИЙ*
в этой rtl'laBe рассматриваются TOJ1bKO полые изделия без от..
веРСТИll 1-1 Л 1-1 сосуды с одним otbepCTI-1ем. К перВОII rруппе l-1зде..
u
ЛI-1И оТносятся мячи для настольноrо TeHHJ1Ca, поrремуши:и 1-1 т. Д.
КО второй всевозможные БУТЫЛI-1, фляrи и т. п. ,
ЦеLl1ЛУЛОИД был первым термоплаСТI-lЧНЫМ матерl-1алом, при
:\iеНЯВШI-1МСЯ д.пя l-1зrотовления полых изделий. По видимому, ero
начали использовать прежде Bcero в производстве детских иrру
шеIС. За послеДНl-1е 70 лет teXHOtJ10rI-{Я этоrо ПрОl-1зводства сущест
венно не изменилась.
Однако вследствие оrнеопасности целлулоида изделия из Hero
находили весьма оrраниченное применение
ПоявлеНl-1е IЛl-1тьевых машин 1-1 новых термопластичных MaTe
риалов ПОЗВОJI 1-1 Л 1-1 перейти в зо х rодах к HOBOt'1 технолоrИl-1 изrо
товлеНl-1Я полых I-1ЗДелий. Основным сырьем дЛЯ I-1X получе,НИЯ
служил ацетат целлюлозы, выпускаемый в виде ЛI-1СТОВ и труб.
Iia. основе ацетата целлюлозы можно было получить также COBep
тенно прозрачные материалы, перерабатываемые в l-1зделия раз
ТJИЧНЫМI-1 способами. Трубы, I{OTOpbIe ШПРl-1цевались I-1З прозрач
Horo ацетата цеЛЛIОЛОЗЫ, по внешнему виду ПОХОДI-1ЛИ на заrотов
I(И l-1здеЛI-1Й, получаемых из расп.п.авленноrо стекла.
r лавное раЗЛИЧl-1е между поведеНl-1ем этих matepl-1аJIОВ опреде
".Тlяется вязкостью I-1X расплавов. В то время как стекло в процес
се ero перераБОТI{I-1 может течь под действием силы тяжести через
относительно небольшие отверстия, ацетат целлюлозы неоБХОДI-1
мо продавливать под давлеНI-1ем.
Сначала технодоrия изrотовления ПОЛЫХ изделий из пласти
ческих масс очень мало отличалась от технолоrии изrотовления
стеклянных БУТЫcJl0К. Однако по I\.Jepe изучения свойств и поведе
ния термопластов она знаЧуlте ТIЬНО менялась.
Следует отметить, что производство полых издеЛl-1Й резко YBe
Q
IlTII-1ЧИЛОСЬ не в результате созданrlЯ новои технолоrl-1l-1 I-1X l-1зrотов
'Jlения, а после появлеНl-1Я ПОЛI-1ЭТИJIена. Это связано с ПРl-1знаНI-1ем
полиэтилена потребl-1телем.
... ь..
* r. П.. к о в а q (G. Р. l(ov a ch, Dipl. lng. Faster Grant Со., Iпс.).
570
rл. IX. ФОРМОВАНИЕ полых уlЗДЕЛИй
r
.......
..
Достоинства ПОЛИЭТI-Iлена, особенно в облаСТI" I-Iзrотовления
из Hero емкостей для жидкости, очевидны, так как они не бьются,
U U U
имеют малыи вес, отличаются ХI-Iмическои стоикостью и, что Ha1-I--
более важно, обладают высокой эластичностью.
I u
Основные методы формования полых изделии
Раздувание листа
На ранней стадии раЗВИТI-IЯ промышленности пластичеСКI-IХ
масс, KorAa термопластичные материалы получались только в
виде листов, полые изделия I-Iзrотовлялись из листовоrо материала.
Техника их изrотовления сводилась к следующему: два листа
закладывали в пресс низкоrо давления. В форму, в которой за--
жимались два листа, подавался пар под давлением. Листы на...
rревались, размяrчались и прижимались к холодным поверх..
ностям формы. Давление в форме оказывалось достаточным, чтобы
сварить лисrы по линии разъема.
Улучшенный метод изrотовления полых изделий из трубных
заrотовок, полученных из разлицных термопластичных материа...
ЛОБ, был запатентован в 1880 r.
у казанные методы оказались очень удоБНЫ IИ для формования
u
полых изделии из доступных в то время материалов, например
ацетата и нитрата целлюлозы. Эtи термопласты хорошо склеива..
ются, поэтому БОЛЬШI-IНСТВО издеЛI-IЙ, получаемых методом выду"
вания, можно изrотавливать в виде двух половин (при помощи
оправок), которые затем склеивают или сваривают.
Интересно отметить, что в настоящее время появились работы,
в которых вновь возвращаются к идее изrотовления полых изде..
u
лии из двух листов.
По одному из методов на шприц маШI-Iне формуются одновре-
менно два листа. Затеl\1 эти листы зажимаются и раздуваются еще
в HarpeToM состоянии. Этот метод более Bcero пр иrоден для изrо...
товления крупноrабаритных полых издеЛI-IЙ со стенками равной
толщины.
ИЗfотовление полых изделий литьем под давлением
и их сборка.
с появлением метода переработки полимеров литьем под дaB
лением были предприняты попытки изrотовлять полые изделия
на литьевых машинах. В этих случаях формовали отдельные дe
тали, I(OTOpbIe затем сваривали или с.клеивали. l\\етод литья под
давлением имеет ряд преI-Iмуществ по сравнению с методом разду"
ванИя листа. На литьевых l\1ашинах изrотовляются издеЛI-IЯ с
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ФОРМОВАНИЯ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИR
.........
571
более высокими допусками по размеру, имеющие красивый внеш..
и
нии вид.
В дальнейшеJ\J, по мере abtomaTI-IзаЦИI-I операции сборки изде"
ЛI-IЯ, этот метод получил широкое распространение при изrотов"
леНI-IИ ЦI-IЛИНДРI-Iческих и друrих изделий простой формы. Основ...
ную часть детали (ее корпус) изrотовляли из трубы, которую выдав..
ливали на шприц машине) а rорлышко и донышко отливали на
литьевой маШIзне. Затем эти три детали соединялись автоматиче
ски. Такой метод применяется при изrотовлении тюбиков для упа
ков}(и I{peMa, К,,1}ея и друrих веществ, обладающих слишком BЫCO
кой вязкостью для Toro, чтобы расфасовывать их в бутылки. Даль
u u
неишее раЗВИТI-Iе этоrо метода привело I{ тому, что шприцованныи
цилиндрический корпус начаЛI-I использовать в качестве заrотов"
ки, которая поступает в литьеВУIО форму. Такая схема производст
ва позволяет исключить при сборке Р)iчные операции и сварку.
Этот способ дает возможность повысить точность размеров и
'-'
улучшить ВIlешнии вид издеЛI-IЯ, так как при литье под давлением
l етали, как правило, имеют поверхность BbIcoKoro качества.
Друrим преимуществом описанноrо метода является простот.а
маркировки издеvТ"lИЯ, которую осуществляют на illприц машине
незаВИСIIМО от Toro, имеет ли оно круrлую или плоскую форму.
Формование в черновой и чистовой формах
Этот хорошо известный способ был разработан в AHr лии. Сна...
чала черновая заrотовка отливается в форме с полым сердечником,
затем сердечник с заrотовкой быстро вынимаются из формы и в
rорячем виде переносятся в форму для выдувания бутылок. Воз...
дух подается в форму через сердечник. Преимущества этоrо сло..
соба заключаются в том, что он ПОЗВОvТ"Jяет получать издеЛI-IЯ с
высокими допусками по размерам, что характерно для процесса
., литья под давлением. Размеры изделий, полученных. этим спо
собом, заВI-IСЯТ от производительности литьевой машины и пло...
щади поверхнести формы. Перенос сердечника из черновой в чи
стовую форму может производиться автоматически. В настоящее
время этот способ ПРИIvlеняется в США и в друrих странах.
Полые изделия, изrотовленные литьем под давлением отдель
ных деталей с последу.ющей их сборкой, имеют более жесткий дo
пуск по размерам, чем I-Iзделия, полученные формованием в чер..
новых и чистовых формах. Однако первый метод имеет тот HeДOCTa
ток, что позволяет получать I-Iзделия только определенных раз
мероВ и толщины.
Метод, описанный в настоящем разделе, дает возможность полу..
чать более широкий ассортимент изделий различных размеров и
толщины стенки, Т. е. более полно использовать преимущества
литьевых машин. Основным недостатком данноrо метода является
572
...
r Л. IX. ФОРiv10ВЛffИЕ ПОЛЫх I-'I3ДЕJJvlй
(;t
увеличеНуIе СТОИМОСТуI оснаСТI{И, что до неr{оторои CTeneHyI компен"
сируется отсутствием дополнительной обработки rOToBbIX уIзде
u
Л yI yI .
Центробежное литье
Этот процесс был разработан специально для формования по..
лых изделий из ПОЛИВИНуIЛХЛОРуIДНЫХ паст (пластизолей) HOBoro
синтетическоrо материала, KOTOpbIrI можно было окрашивать в яр
кие цвета. Этот материал стареет медленнее, чем резина, не имеет
неПРУIятноrо запаха и обладает различной степенью жесткости.
Центробежное литье ПОtПЫХ уIздеЛуIЙ может быть осуществлено
различными способами.
Наиболее простым и старым способом литья является ЛуIтье в
открытую форму, который до настоящеrо времени широко npyI"
меняется при изrотовлении открытых полых УIздеIlТIУI I.
ПОЛИВИНИЛХЛОРуIдная паста заливается в МОНОЛ1'IТНУЮ уIЛИ
разъемную форму, которая обычно изrотавливается из меди MeTO
дом rальванопластики или отливается из алюминия. Избыток Ma
u u
териаtпа удаляется, а слои ero, остаВШИуIСЯ на BHYTpeHHYIX стенках
формы, оплавляется ПРУI наrревании формы. Затем, для Toro
чтобы облеrчить выемку изделия) форму охлаждают.
На практике пользуются методом одинарной yI ДВОЙНОЙ залив..
ки. В первом случае система COCTOyIT из механизма заливки и Bpa
щающеrося или вибрационноrо приспособлеНУIЯ для удаления B03
душных пузырей. После заЛуIВКИ форма наrревается npyI ПОМОЩуI
rорячей воды уIЛИ инфракрасных наrревателей для Toro, чтобы слой
материала на ее поверхности оплавился. Избыток ПОЛИВуIНИЛХЛО"
ридной пасты сливают, а форму с оплавлеННЫI\1 слоем материала
на стенках охлаждают.
При двойной заливке поливиниловая смола сливается через
дренажное отверстие в форме до начала HarpeBa При этом на
стенк.ах формы остается лишь очень тонкий слой маТериала в виде
u
пленки, ТОЛЩуIна которои зависит только от вязкости смолы.
Пленка оплавляется или желатинизируется при HarpeBe. Затем
форма вторично заполняется материаЛОМ4 Количество матерУIала,
оставшеrося в форме после второй заЛуIВКуI, заВуIСИТ от КОJlичества
тепла, аккумулированноrо формой. Избыток пасты снова сли..
вается, а вторичная пленка оплавляется за счет дополнительноrо
подоrрева. Этот метод обеспечивает более точное воспроизведение
формы rнезда, а также более полное удаление воздушных пузы
рей блаrодаря образованию тонкой пленки материала npyI первой
зал yIBKe.
Оба эти способа в настоящее время автоматизированы.
Ротационное уIЛИ центробежное литье появилось в рез)r lьтате
усовершенствоваНуIЯ первоначальноrо метода литья в открыт)/ю
РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ВЫДУВАНИЯ ПОЛЫх ИЗДЕЛИй
1>0& ...............
573
.форму. В центробежном литье пользуются оБЫЧНЫМl-1 формами,
которые в процессе литья полностью закрываются. Поэтому этот
способ приrоден для формования издеЛl-1Й с замкнутой полостью,
taKl-1Х, как мячи, СКJlадные иrрушки, спасательные пояса и т. д.
В разъемную форму заливают определенное КОЛl-1чество поли
винилхлоридной пасты и форму закрывают.. Вращение формы про
u u
исходит по краинеи мере в двух плоскостях, и паста равномерно
распределяется по стенкам. Форму подоrревают, оплавляя слой
материаJlа на стенках, а затем охлаждают для удаления rOToBbIX
I-IЗД et!'1l-1 й .
Раздувание рукава
в настоящее время полиэтиленовые бутылки изrотовляют из
заrотовок путем раздувания. Известны мноrочисленные разно..
ВИДности этоrо -процесса, ОПl-1санные во мноrих патентах и зая БоА
ках.
ПРl-1НЦl-1пиально этот метод очень прост: заrотовка в Вl-1де рука...
u .I
ва, по.пученная на червячнои шприц маШl-1не, Лl-1тьеВQИ машине,
штранrпрессе или на комбинированном оборудовании, непосредоА
,ственно поступает (l-1Лl-1 переносится) в разъемную форму. Один
l(онец заrотовки зажимается и форма замыкается. Через друrой
(ОТI(РЫТЫЙ) конец заrотовки подают давление (обычно сжатый
воздух). В тех случаях, коrда зажаты оба конца заrотов!(и, дав..
леНl-1е подают через спеЦl-1альную l-1rлу или любое друrое приспо
соблеflие.
ОПl-1санная схема охватывает все известные способы l-1зrотовле
Нl-1Я бутылок l-1 друrих полых изделий l-13 термопластичных MaTe
Рl-1алов меТОДОl\Л раздуваНl-1Я труб. Дальнейшее успешное развитие
этоrо процесса заВl-1Сl-1Т прежде Bcero от КОНСТРУI(Цl-1l-1 применяемо..
[о оборудования.
Развитие методов
u
выдувания полых изделии
Как уже упоминалось в начале rлавы, первые полые изделия
'из термопластичных полимеров ИЗfОТОВЛЯЛИСЬ аналоrично стек..
.лянным.
Так, в одном из патентов на производство стеклянных буты
. U
.лок rOBop l-1ТСЯ: «... метод изrотовления стеклянных издеЛl-1И со...
стоит в том, что в расплавленную стеl(ЛЯННУЮ массу подается под
давлением поток ка!(ОЙ Нl-1будь среды. Этот пото!( выдувает из
u
расплавленноrо стекла пузырь, которыи затем переносится в
форму». И далее: «... обору"доваI-Il-1е для изrОТОВJIеНl-1Я стеклянных
u .
l-1зделии COCTOl-1Т l-1З сосуда для расплавленноrо стекла с отверстием
в ero нижнеи .части; конвеиера, расположенноrо под этим отвер"
* 113T. США 1592299, 8/V1I 1921 f.
571
r Jl. IX. фОР}V\ОВЛI-IИЕ ПОЛЫХ l'IЗДЕ.ПI1й
L Т..<Ь......
стием; формы, установленной на конвейере, в которую поступает'
расплав стекла через отверстие в сосуде, и воздухопровода, no-
u
дающеrо сжатыи воздух для раздуваНI-IЯ расплавленноrо стекла в
форме». .
Для каждоrо, кто знаком с переработкой термопластичных
полимеров, очевидно, что ПРI-Iведенное в указанном патенте ОПI-I'"
u
сание процесса изrотовления стеклянных изделии может служить..
отправным пунктом при конструировании машин для выдуваНУIЯ
полых изделий из пластмасс. .Однако это нисколько не умаляет'"
заслуrи тех, кто впервые начал работать над изrотовлением по
u
лых изделии из термопластичных материалов методом выдуВа.....
ния, так как применительно к полимерным материалам ни TeXHO '
лоrия, ни обор'удование не были разработаны, а свойства MaTepl1a
ла еще только изучались.
Актуальность некоторых ранних патентов удивительна. В боль....
шинстве учебников сказано, что первая шприц машина для пере..
работки термопластов была введена в строй в 1937 r. Но еще.
в 1933 r. в одном из патентов сообщалось*, что «метод выдувания:
полых изделий представляет собой сочетание процессов шприце..
u
вания и синхронизированном операции раздувания выдавливае..
Moro материала, который шприцуют в форму, rде он профилирует
ся любым способом»..
Очевидно, что этот метод развился непосредственно из процес...
са выдувания стекла, о котором rоворилось выше.
За последние 25 лет были внесены значительные изменения в
конструкцию и технолоrический режим работы оборудования.
Однако в основе получения полых изделий методом выдувания до
настоящеrо времени леЖI-IТ способ, описанный в этом патенте.
Производство бутылок из полимерных материалов в промыш"
ленном масштабе началось лишь с появлением подходящеrо
СЬJрЬЯ.
Ацетат целлюлозы является одним из первых промышленных
материалов, полученных в значительном количестве. Это светлый,
прозрачный пластик, обладающий достаточно высокой ВЯЗI{ОСТЬЮ.
Однако как исходное сырье для ПРОI-Iзводства бутылок ацетат
целлюлозы имеет существенные недостатки: он сильно адсорбируеl
влаrу и обладает довольно малой стаБI-IЛЬНОСТЬЮ размеров. Кроме
Toro, ацетат целлюлозы. леrко теряет пласт'ификатор и ctaHOBI-IТСЯ
хрупким) особенно при переработке ero в TOHKOCTeHHЫ издеЛI1Я.
СлеДУIОЩI-IЙ термопластичный матер}lал, полученный в про
мышленном масштабе, ПОЛI-IСТИрОЛ. Этот плаСТI-IК леrче стекла,
но уступает последнему по СТОИМОСТI-I, а также прочности I-I друrим
свойствам, важным при производстве бутылок.
* Е. Т. F е r n g r е п, пат. США 2128239, 25/]1 1933 r.
РА3В lТИЕ МЕТОДОВ ВЫДУВАНИЯ ПОЛЫХ ИЗДЕЛl'lй
575
Только появление ПОЛI-1этилена положило начало ПрОмышлеfl
ному производству бутылок из термопластичных материалов. По...
JIиэтилен отличается эластичностью; кроме Toro,. при ero произ
водстве отпадает необходимость в дороrостоящем оборудоваНИI-1,
:пр именяемом обычно для отмывки стекла от песка до той же сте-
.пени ЧI-1СТОТЫ, какую имеет ПОЛI-1этилен.
Рост производства бутылок I-13 ПОЛI-1меров происходит за счет
'ряда факторов. За последние 15 лет значительно увеличилось
ПРОI-1ЗВОДСТВО термопластичных материалов, а следовательно,
понизилась их стоимость. С увеличением степени автоматизаuии и
повышением производительности оборудования бутылки из по
лимеров все более успешно конкурируют со стеклянными. Мень..
u и
шии удельныи вес, а СtlТIедовательно, меньшая СТОимость перево..
З0К делают тару из термопластов одним из лучших упаковочных
матер иалов.
Полиэтилен как исходное сырье для изrотовления бутылок
.имеет следующие недостатки:
1) отсутствие жесткости;
2) растрескивание под воздействием окружающей среды;
3) низкая точка плавления;
4) отсутствие прозрачности;
5) нестойкость, особенно по 'отношению к эфирным маслам
6) высокая усадка при .формовании.
Однако, несмотр я на все эти недостатки и на появление в те...
'.чение последних нескольких лет мноrих новых термопластичных
u
.:1'Iатериалов, полиэтилен низко и плотности является в настоящее
время основным сырьем для изrотовлении бутылок.
Полиэтилены средней и высокой плотности также постепенно
завоевывают себе место в данной области производства. Полиами..
.ды используются в качестве материала для резервуаРОВ t в которых
хранятся аэрозоли под давлением.
В течение последних двух лет предпринимались мноrочислен"
ные попытки уменьшить проницаемость тары из полиэтилена пу..
u U
тем покрытия ее с внутреннеи или внешнеи стороны слоем друrо-
ro, менее проницаемоrо материала6 8. Сейчас еще трудно сказать,
u U
наидет ли полиэтилен, покрытыи слоем друrоrо пластика, приме...
HeHlIe в промышленности или он будет вытеснен новым, более
перспективным материалом.
Современные процессы
Раздувание заrотовок, описанное в предыдущих разделах дан...
HOl1 rлавы, составляет основу большинства современных способов
ИЗfотовления бутылок. Первая стадия TaKoro процесса получе..
HI-1e !{руrлой заrотовки. Заrотовка должна быть достаточно сильно
PA3BI-ITI-IE МЕТОДОВ ВЫДУВЛНУI полых уIЗДЕЛI1Р!
r '" 17 '1R_. ,....
571
"
поступательное движение формы), либо КОl\JIплеIстованием пла
стикационных машин rоловками, дросселями и ПРОФI-IЛИРУЮЩИ'"
ми фильерами, через которые по очереди продавливаются заrотов-
ки. Кроме Toro, для более полноrо использования оборудования;
особенно при выдувании мелких или коротких изделий, на маши--
ну иноrда устанавливают вертикальную мноrоrнездную форrvlУ
(обычно с двумя rнездами), в которой rнезда расположены rорлыш--
ком к rорлышку. Давление подается в форму через эти rорлышки.
Описание некоторых приведенных выше сх.ем можно найти в соот-
ветствующих патентах * .
в патенте 2099055 описывается производство бутылок из поли..
MepHoro материала путем заливки раствора производных uеллюло..
зы в форму и применения давления изнутри или вакуума извне,
обеспечивающих точное воспроизведение поверхности формы.
В патенте 2128239 впервые упоминается о выlавливанlIии тру'"
бы из HarpeToro термопластичноrо материала с применением
давления. В этом случае rоловка шприцйомашины вставляется
в дно формы для бутылок. Труба, соприкасаясь с дном формы
сваривается, и шприц..rоловка постепенно выходит из формы. При
этом шприцевание и раздувание сжатым воздухом не прекращаются.
В патенте США 2230190 более подробно описаны механические
приспособления, при помощи которых осуществляются различ...
ные способы сварки конца (торuовой части) заrотовки. Так, Ha
u
пример, в некоторых случаях применяют дорн, не ДОХОДЯЩим до
кониа внешней части формуемой детали. В образующейся на кон..
це rоловки полости на очень короткое время создают BaI<yYM.. В ре-
зультате этоrо труба, сползающая с дорна, сдавливается внеш..
ним давлением и слипается. В указанном патенте впервые упом.и-
нается вращающийся стол с. формами, которые по очереди
подводятся к rоловке шприц"машины. Сама rоловка передвиrается
в вертикальной плоскости, что обеспечивает ее контакт с формой
u
В момент попадания последнеи на позицию заполнения
Позже было запатентовано большое количество усовершенст-
вований, не изменивших сущность OCHoDHoro процесса (пат. США
2260750, 2283751 и 2285150).
В 1943 r. был запатентован несколы{о видоизмененный про ".
u
иесс изrотовления полых изделии, в котором заrотовка отлива.
лась обыцным способом на литьевой машине, затем стержень из,
заrотовки вы ним але я и заrотовка, свисающая из зажимноrо КОЛЬ 8r "
ц а , переносилась в выдувную форму. Существует модификация
этоrо процесса * *. Заrотовку вынимают из литьевой формы на
сердечнике и переносят в чистовую форму, rде она раздувается
* Пат. США 2099055, 3/Х 11 1930 r.; пат. США 2128239, 25/11 1933 r.
.....
** Пат. США 2331702, 12/1Х 1943 r.
37 Переработка термопластнчных матерналоп
АНАЛИЗ ПАРЛМЕТРОВ ПРОЦЕССА
579 r
"W.l. r
811:>. v""" t
в патентах США 2787023 y1 2810934 ОПу1сывается l\rIетод полу '
чениЯ бутылок, в котором отсутствует дополнительная обработ '
ка rорлышка. В этом методе удлинеННblli мундштук rоловки шприц '
машины формует rорлышко бутылки, а верхняя часть формы при-
замыкаНу1И обрезает ero по длине.
ПослеДНУ1е работы по этому вопросу читатель может найти
в СПу1ске рекомендуемой ЛУ1тературы, приведенном в конце r Л2
Bыl 4, 9, 10. .
Анализ парамеТРО8 процесса
Ра.бочие параметры
В большинстве указанных процессов небольшой от'резок тру..
бы определенноrо размера выдавливается непосредственно в воз
дух. При этом необходимо поддерживать такую температуру Ma
териала, ПРУ1 которой отсутствовало бы течение и утонение заrо
товки под действием собственноrо веса и шприцуемая заrотовка
ПрУ1 ее зажиме сохраняла бы свою форму. Для Toro чтобы реrули
ровать процесс выдувания, необходимо хорошо знать некоторые
свойства материалов. Однако самым важным технолоrичеСКИl\-I
параметром процесса является температура. Следующие два фак
тора очень затрудняют реrулирование температуры заrотовки:
1) промежуточная операция, при KOTopotr большая часть Ma
терУ1ала, находящеrося в уrловой rоловке и поступающая в фор
. 'u
МУ, немедленно замещается свежеl-1 порциеи сырья, которое долж...
u
но достиrать состояния тепловоrо равновесия в очень короткии
· ПрО lежуток времени;
2) трудности, которые неизбежно возникают при работе с
J
уrловои rоловкои, поскольку поступающие ПОРЦIIИ материала
проходят различный путь BOKpyr рассекателя. Конструкция уrло
вой rоловки и проблема paBHoMepHoro проrрева материала имеет
очень большое значение, особенно в машинах типа «Шиптон»,
rде материал проходит довол.ьно знаЧу1тельное расстояние между
u о.....
шприц машинои и уrловои rОЛОВI{ОII.
Свойства полимеров
Материал, перерабатываемый в бутылки y1 друrие полые мзде;.
лия на шприц"маШУ1нах (ПрУ1 УСЛОВУ1И шприцевания сверху вниз),
должен обладать достаточно ВЫСОI{ОЙ вязкостью расплава для
сохранения формы заrОТОВI,И в тет.rеIlие HeKoToporo времени, Не"'"'
обходимоrо для раздувания.
Для описания этоrо процесса было выведено простое ypaBHe
u .
ние, которое связывает важнеlIшие параметры процесса:. плот
37*
580
r Л. IX. ФОРМОВАНИЕ полых ИЗДЕЛИЯ
к .......
ность расплава, длину заrОТОВКИ и скорость движения трубы в
rоловке. .
Данное уравнение было проверено на восьми полимерах; ПрУ1
этом опытные данные хорошо соrласовывались с расцетными:
15551. 2 d
V
rде эффеКТIIвная вязкость, пз;
L длина заrотовки, С.lи;
р плотность расплава, 2/C)Jrt 3 ;
V скорость движеНу1Я трубы в rоловке, c/vt/ceK.
р ассмаТР}Iвая отдельные веЛИЧИНbI, ВХОДЯЩУ1е' в уравнение,
I\10ЖНО сказать, что эта заВу1Су1МОСТЬ лоrу1чеСКу1 вполне оправдана.
ПОЛIlмер с высокой плотностью расплава должен иметь более вы..
СОКУЮ вязкос.ть расплава для Toro, чтобы ШПРУ1цевать ero с той же
скоростью, что и менее плотный расплав. Чем длиннее заrотовка,
тем выше должна быть вязкость, так как Пру1 этом вес трубы боль..
rnе, шприuуется она в течение БОс.ТIее продолжительноrо времени y1,
слеДQвательно, движется вниз знацительно дольше. Чем Ну1же вяз
кость, тем выше должна быть скорость шпри'цевания.
Приведенное выше ура' вне ни е представляет собой' первую по..
u
пытку установить соотношение различных своиств материала и
параметров процесса. В действительности заВу1СИМОСТЬ эта сло)к..
нее, так как следует eIl\e учитывать диаметр и толщину стенки
трубы, которые влияют на скорость охлаждения. Однако для
Toro чтобы определи т ь, можно ли выдувать бутылки из данноrо
полимера, это ypaBHeHY1e очень полезно.
Ниже приводится Прltмер применения paccMoTpeHHoro урав..
нения. .
Пусть температура шприцевания полимера равна 154 ос. Вяз..
кость расплава Прl! 154 ос, экстраполированная к нулевому зна..
чению напряжений сдвиrа, составляет 3,8.105 nз. Плотность
расплава при этой температуре 0,79 z/cJvt 3 . Для Toro чтобы изrО"
товить бутылку, нужна заrотовка длиной 27,94 см. Оптимальная
скорость машины с данной конструкцией rоловки 37,5 см/сек.
Требуется YCTaHoBIITb, можно ли изrОТОВу1ТЬ бутылки из поли..
мера с указаиноft вязкостыо. Для этоrо соrласно ПРУ1веденному
u
выше уравнению определяют вязкость и полученным результат
сравнивают с вязкостью данноrо ПОЛУ1мера:
1555-L2 p
V
1555.27,942.0,79
37,5
.
4. 1 04 NЗ
Поскольку ВЯЗКОсть выбранноrо полимера равна 3,8.10& nз,
очевидно, что ero можно. Прl-Iменять для изrотовления бутылок.
ПRРСПЕКТИВЫ РАЗВl'IТИЯ ПРОЦЕССА
581
т ..
.
Однако вязкость расплава это не единственная характеристика
расплава полимера, учитываемая при формовании полых изделий.
Помимо высокой вязкости, необходимой для сохранения заrотов-
кой своей формы при шприцевании, полимер должен обладать
-способностью Сl-IЛЬНО растяrиваться при раздувании сжатым воз
духом. Друrой важной характеристикой является прочность св.ар"
Horo шва на участке заrотовки, rде формуется дно. Этим участком
u u
может оказаться как верхним, так и Нl-IЖНИИ конец заrотовки в
зависимости от выбраli:НОЙ схемы производства. Если дно бутылки
формуется из Нl-Iжней части заrотовки, то оно остывает быстрее,
так как выходит из rоловки раньше. При формовании бутылей
.БОЛЬШl-IХ размеров это более быстрое остывание дна становится
'серьезной проблемой, поскольку оно влияет на прочность сварно-
ro шва и способность материала растяrиваться.
Перспективы развития процесса
Производство упаковочной тары методом раздуваНl-IЯ будет
непрерывно развиваться. На основе успешноrо применения об..
Jl\ИХ теорий к проблемам КОНСТРУIIрования оборудования для из-
rотовления полых l-Iзделий создается более эффективное оборудо-
вание. Улучшаются свойства существующих термоплаСТl-IЧНЫХ
rатеРl-Iалов и создаются новые полимеры специально для произ..
водства упаковочных средств. Среди материалов для производства
полых изделий определенное место займут полиамиды, обладаю..
щие BbICOKOI! вязкостью расплава. Полиамиды имеют ряд преиму"
ществ перед полиэтиленом; они стойки по отношению к эфирным
1\.rаслам, более жестки J-I MorYT использоваться в качестве сосудов
для транспортирования аэрозолей под давлением. Сополимеры
некоторых марок найлона и поликарбонаты, ОТЛl-It.Iающиеся Bыо"
кой степенью прозраЧНОСТl-I, также безусловно найдут применение
в будущем. Кроме Toro, в настоящее время внимаНl-Iе ин)кенеров
переработчиков привлекли полипропилен и ПОЛIIформальдеrид,
которые MorYT служить хорошим сырьем для пронзводства бу-
тылок.
ЛvlТЕРАТУРА
1. Anonymous Blow Moulding of Polythene Bottles J Brit. Plastics, 26, 375
( 1 953) .
2. . Anonymous, Ехtrusiоп Вlо,,\riпg of Bottles, Brit. Plastics, 23, 98 (1950).
3. Anonymous t Ne\v ManufactlLring Tecllniques for Polythene Bottles, Brit.
Р last ics, 26, 1950 (1953).
4. Anonyrnous, Progress iп Polythene Bottle Manиfacture, P1astics (Lопdоп) J
19, 250 (1954).
5. Dl\ Ропt (Е. 1. du Ропt de Nemours а. Со., Inc.), Iпfоrтаtiоп Release, Poly..
chemicals Departтent, Bottle B10wing l{esins Application of Mathema
tical Еquаtiоп to Describe Minimum Viscosity Requirements, Dec. 12, 1955.
582
r J1. IX. ФОРЛIОВАНIIЕ I]OJlbIX l'IЗДЕ&:1l'lй
6. 1 111 S С 11 е r J. L., I J оlуеtl1у1епе Perтeability, СЬеm. Епgа, 59, 260 (1952).
7 _ Р а r i i 1П а п J . Н. , Ро1уеtl1у1епе Permea bi li t)T, 1\1odern Р ackagi пg. 21 >.
198 ( 1948) .
8. Р i п s k у J., N i е 1 s е п А. R., Р а r 1 i т а n J. Н., S11elf Life in
Polyethyl'ene, l\' odern Packaging, 27, ]45 (1954).
9. T е п f r е \\. А., М о r g а [1 Р., Ро]уthепе, р. 420, Lопdоп, Illife 3. Sons,
Ltd. _
10. S Р i е s Н., The Рrоduсtiоп of Blown Plastics Articles, Plastics (Lопdоп).
20, 114 (1955).
r лава Х
СВАРКА ТЕРМОПЛДСТИЧНЬIХ МАТЕРИАЛОВ*
Сварка представляет собой процесс соединения деталей из
'термопластичныIx matePI-Iалов.
Этот процесс приобрел за последнее время очень большое зна
чение. Т ак, например, в 1957 r. около 90 тыс. т полиэтиленовой
пленки были переработаны в изделия для упаковки железоско..
бяных товаров, овощей) сухих продуктов и иrрушек, что COOT
ветствует по крайней мере 10 млрд. мешков с одним cBapHbIM
швом.
Плащи из полиэтиленовой пленки также изrотавливаются при
помощи сварки.
Сварка применяется при монтаже стойких к химическим ве..
ществам трубопроводов, при изrотовлении таких деталей, как
к.п:апаны, вентили и т. п.
Следует отметить, что в отличие от прочих процессов пере..
раБОТКI-I термоплаСТI-IЧНЫХ материалов сварка применяется для
u u
получения издеЛI-IИ из заранее заrотовленных деталеи.
Сварка пластмассовых изделий, ОПI-Iсанная в данной rлаве,
u
является OTHOCI-IтельнО HOBbII\1 процессом, которыи развивался
в основном эмпирическим путем.
ВИДЫ сварки
ДетаЛII из термопластичноrо матери'ала MorYT быть соедине-
ны друr с друrом при помощи растворителя I{лея, а также пу
Te"'i наrревания под давлением (склеивание в настоящей 'rлаве
не рассматривается).
Ниже описаны семь способов сварки:
1.) сварка под прессом или роликом;
2) высокочаСТОТllая сварка;
3) rазовая сварка;
4) сварка при ПОl\10Il И rОрЯЧI-IХ I-Iнструментов (термоконтакт..
ная сварка);
* Б. п. Рауз, Т. М. Хает (В. Р. Rotlse, Ir. 1 1)h. D., Т. М. Hearst.
В. s., Tennessee Eastnlan Сатрапу, а division of Еаst.Л1ап Kadak Сатрапу).
584
rл. х СВАРКА ТЕРiv\ОПЛАСТуIЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
5) индукционная сварка и друrие аналоrичные ей способы;
6) сварка с использованием шприц маШI11IЫ;
7) фрикционная сварка (сварка трением).
.
Сварка в сварочных прессах
3тот способ наиболее широко распространен в промышлен",
ности.. Два куска ПJlенки закладываются в пресс (рис. 10,1), rде
при наrревании под давлением происходит оплавлеНие и сварка
uo
внутренних поверхностеи.
Давление
I
. ..
2
Зона олла9леНUl1
J
.5
4
'.
Рис. 1 О, 1. Схе fатическое Ifзображенне сварочноrо пресса;
l наrРеватеЛЬНЫЙ элемент; 2 прокладка; 3 подвижная наrреВаемая
верхняя плита; 4 неподвижная холодная Нижняя плита; 5........ТеРМОизОля...
ция.
Следует отметить, что все ПОДВОДимое извне тепло поступает
к 1\lатериалу через слоiI пленки. Поскольку термопластичные Ma
териалы являются очень ПЛОХИМI-I прОВОДНI-Iками тепла) очеВI-IДНО,
что сварка в прессе может применяться лишь в тех Сtllучаях,
коrда хотя бы один из слоев материала очень тонок.
Наиболее ШI-IрО](О этот способ применяется для сварки мешков
U u
И друrои тары из полиэтиленовои пленки.
Типы
u
наrревателеi1
ИзвеСТIIЫ два ТI-Iпа прессов с оБЫЧНЫМI-I электронаrревателя"
MII . И С импульсным обоrревом. Пресса с обычным наrревателем
сохраНЯ10Т постоянную заданную температуру в течеНI-Iе Bcero про
цесса сварки. Обычно они имеют наrреватель СОПРОТI-Iвления,
вставленный в корпус подвижной рамы. Пресса с taKI-IМI-I Harpe..
вателями изrотов,ТIЯЮТСЯ из металлов с высоким КОЭффИЦI-IеН1'От\1
СВАРКА В СВАРОЧНЫХ ПРЕССАХ
585
"""""""1_ 1...........
..
---------...
..
....
теплопередаЧI-I; это позволяет поддерживать одинаковую темпера...
туру на всей рабочей поверхности. Температуру замеряют при
помощи термопар, BT\fOHTI-IрОванных в paMy . ВеЛI-Iчина силы тока,
а, С tl 7Jедовательно, и температура реrулируется автоматическИ И.JII-I
flplI' ПО110ЩI-I ав'тотрансформаторов. Иноrда пользуются простым и
БIIмета,,7JсТII-IчеСКИМI-I реrуляторами, которые реrулируют силу тока,
ПОДВОДимоrо к наrревателям.
Пресса с I-IМПУЛЬСНЫМI-I наrреватеЛЯМI-I ОТЛI-Iчаются от описан...
ных выше Тем, что температура меняется в процессе сварки. При
этом у рабочей поверхности подвижной рамы расположены им-
u u
п)'льсные наrреватели малои мощности, которые деиствуют толь..
ко в течеНI-Iе небольшой части рабочеrо цикла. Тело рамы может
охлаждаl'ЬСЯ ЦI-IРКУЛИРУlощей Ж11ДКОСТЬЮ. Точность реrулирова...
ния температуры определяется продолжительностью имп'ульса
u
тока, которая задается при ПОМОЩI-I электронных таимеров, а так..
же изменеНI-Iем напряжеНI-IЯ, ПРI-Iложенноrо к наrревательным
элементам сопротивления.
110следовательность операций при работе с импульсным на..
rpeBaTeCl1JeM с туедующая: 1) два куска матерJ'Iала помещают между
ПЛI-IтаМII пресса; 2) смыкая ПЛI-IТЫ, создают заданное давление и
включают наrреватель; 3) после Toro как импульсный Harpe'Ba..
тель сработа.п, пресс оставляют в замкнутом ПО llожении до тех пор,
пока охлаждающая ЖI-IДКОСТЬ не понизит температуру CBapHoro
шва.
ДЛЯ I-IМПУЛЬСНОЙ сварки характерно быстрое охлаждение ro"
TOBoro {зделия. Т акой способ очень удобен для CBapKII частично
кр:истаЛЛI-Iзованных полимеров, Tal( как ПрI-I быстром охлажде..
HI-II-I понижается степень кристаЛЛИЧНОСТI-I, а следовательно, обра..
зуется более плотный шов. l-1мпульсная сваРК,а особенно широко'
ПРI-Il\rlеняется для I-Iзrотовления ПОЛI-Iэтиленовых мешков, хотя
для них плотность шва не I-Iмеет большоrо значеНI-IЯ.
НезаВИСI-IМО от типа наr'ревателя НI-IЖНЯЯ: ПtJlIита сварочноrо
пресса дол}кна быть изrотовлена I-IЗ теплостойкоrо ОТНОСI-Iтельно
леrко дефОРМI-Iрующеrося упруrоrо материала. Применение тако..
u
ro matePI-Iала для изrотовлеНI-IЯ НI-Iжнеи плиты пресса позволяет
компенсировать разнотолщинность материала и осуществлять
,сварку без МОРЩI-IН, внахлестку и уrолками (уrловые соединения).
Реrулируемые параметры процесса
В этом разделе раССl\/Iатривается сООтношение между тремя па..'
u
pametpaMI-I темпер атурои, ПРОДОЛЖI-Iтельностью цикла и' давле..
ниеI\1 n р!'I сварке.
Температура. В табл. 15 приведены теплопроводность, удель-
ная теП.7Iоемкость и теплостойкость наиболее ШI-IРОКО распростра
586
r л. х СВАРКА ТЕРtv\ОПЛАСТИ( IНЫХ МАТЕРИАЛОВ
1
.
ненных термоплаСТl-1ЧНЫХ материаJI0В. Из таБЛl-1ЦЫ Вl-1ДНО, что
количество теIIла, необходимоrо для CbapKl-1, сильнО меняется от
материала к материалу. Оно может быть раЗЛИЧНЫТVI даже для
одноrо и Toro же материала (например, в заВl-1Сl-1МОСТИ от ero тол
щины). Поэтому на практике используются сварочные пресса со
u
знаЧl-1тельным запасом мощности наrреватеt-1Jеи.
Таблица 15
Теплофизические свойства некоторых полимеров
.
Полимер
V J
..
Ацетат целлюлозы. .
Пропионат целлюлозы
Ацетобутират l.1.еллю
лозы . . . . . . .
н а ЙЛ ОН . . . . . . .
Пол ИI\1еТIIЛ метакрила т
Поливинилхлорид
пластифицирован-
u
нын . . . . . .
неплаСТИф И l.1. и рован-
u
ныи . . . . . .
ПОЛ I1В ин ил ид ен хл орид
Полиэтилен . . " . ..
Полнетирол . . . . .
Т"еПЛОПРОБОД-
насть
/\'кал/ м.. ч. ос
ASTM С 177
Удельная
теплоемкость
к.кад/к.в. ос
ТеплостойкОСТЬ
ос
ASTM D 648
..LI
"'"
O,221 -0,443 Ot 1667 0,1058
0,293 0,298 0,21 .. 0,222
43 96
43 82
О , 221 О , 443 О, 1667 О , 222
0,288 0,321 0,222
46 99
149 176
при 46 KfjCM 2
71 91
0,255
0,205
0,1660,2210,16670,2778
О, 166 О, 387
О, 1 66
0,443
О, 133 О, 183
О, 111 o, 1667
О, 1778
0,3055
О, 1 778
54 76
54 64
41 49
64 99
На рис. 10,2 показано, в каком диапазоне l-1зменения темпера..
u
тур и времени при заданном давлении для специальнои полиэти
u u u
леновои пленки можно получить качественныи сварнои ШОВ
(т. е. зависимость времени выдержки материала в прессе от тем...
пера туры сварки). Аналоrично rvlОЖНО оценить продолжительность
сварки любоrо термопластичноrо материала. На рис. 10,3 Прl-1
водится зависимость времени выдержки материала в прессе от
теJ\rlпературы сварки для двух разных давлений. Из rрафика
видно, что с повышением давления сокращается время цикла l-1
одновременно уменьшается величина Дl-1апазона рабочих темпе...
ратур. Сужение этоrо диапазона температур обусловлено тем, что
с увеличением давления возрастает скорость течения материала.
ТОЛЩl-1на свариваемых l-1здеЛl-1Й определяет величину неоБХОДl-1
мой мощности наrревателей. Для каждоrо термопластичноrо ма..
u
териала существует такая критическая толщина, выше которои
на сварочном прессе нельзя получить качественноrо шва. Для
Toro чтобы сварить толстые детали в прессе, не увеличивая чрез
мерно времени наrревания, приходится настолько увеличивать
588
rл. х. СВАРКА ТЕРМОПЛАСТl'IЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
высоких температур, а при высоких температурах и низком дав..
лении качество cBapHoro шва понижается.
Давление. Для Toro чтобы обеспечить плотный контакт сва..
v
риваемых поверхностен, а также их оплавление, сварку проводят
под давлением. Обычно для этой цели пользуются пневматически"
ми приспособлениями.. Как правило, прессы снабжаются мано"
метрами и понижающими редукторами для подключения к сети
сжатоrо воздуха.
{'
(J 5,0
5,0
уо
'
3,0
t\I)
20
,
1,0
ОД
0,5
со'- а , 5
0,"
о,з
!
/8
\
а,а
"
"
"
"
Дuопа.:/он
"6реl'tенu
"
'"
"
"
,
,
/50 /ВО 210
Tefifnepaтl/pa t ОС
Рис. ] 0,3. Рабочие кривые зависимости вреrvlени выдержки i\1атериала от темпе-
ратуры сварки для той же пленкИ, что и на рис. 10,2, при двух разных давле-
ниях.
Полиэтиленовая I1ленка толщиной 0,038 мм; цнфрыl на rрафикс давление D К,Т/см. 2 .
Пленки при т"емпературах размяrчен}!я можно сваривать под
разными давлениями. ДавлеНI-Iе подБI-Iрается так, чтобы, с одной
с
стороны, свести время сварки к МИliИМУМУ, а с друrои стороны
предотвратить вытекание материала. Это означает, что большин..
ство термопластов сваривается при ОТНОСI-Iтельно небольших дав..
лениях. При IIИЗКИХ давлениях увеЛI-IЧI-Iвается диа азон темпера..
тур, при которых может ПрОI-IЗВОДI-IТЬСЯ сварка пленки (см. рис.
10,2 и 10,3). Диапазон допустимых давлений определяется вяз..
костью и температурой размяrчения материала. Например, поли
q2
0,/
o,oв
ЦО6
11 и оп О,] ОН...... ...... .... .... ....
тснлеротgр , "" '"
"" \
/20
2Ю 27() 390
СВАРКА В СВАРОЧНЫХ ПРЕССАХ
589
lI8. ........
......
.... V"'I
u
этилен материал с относительно низкои вязкостью и температу--
рой размяrчения можно сва.ривать при давлении 0,7 1,4 аmа,
в то время как более вязкий ацетат целлюлозы сваривается при
давлении 14 аmа и выше.
Способы, предотвращающие ПРИJ1ипание ма.териала к ПJ1итам
ноrие термопластичные материалы при рабочих температу
рах прилипают к металлическим поверхностям. Существуют раз.
ные способы, предотвращающие контактирование полимера с по..
2
J
......
. -'1Id...1h...........
-....н ... .... !.-. ..................... . . .
Рис. ] OJ4. Расположение ПРОI{,паДОI{ в rорячей n.J1IITe (а) и в плите с имп'ульеНЫl\.f
наrревателеr,t (6):
I НаrревательныЙ элемент; 2..... прОНJ1адКа (обычно creKJ]OTKaHb, пропи.танная тефлоиом) 3.......иа..;
rревательньrй элемент СОПрОТНЕJ7еНня, З8делаНl1ЫЙ в пrОНJ1адке.
верхностью метаЛ.JII-Iческих плит прессов. Для этой цели можно
воспользоваться листовым uеЛ/lофаJfОI\i или тонкой БУi\lаrой
Как праВI-IЛО, лист"прокладку выбрасывают после сварl(И. Иноrда
ее используют в качестве подкладки для наI(лейКИ ЯРЛЫJ(а. Про...
кладка может быть ИЗfотовлена из стеклоткани, пропитанной теф..
лоном. Прокладка из тефлона долrовечна. Она крепится между
источником тепла и свариваеМЫJ\Л изделием.
На рис. 10,4 показан поперечный разрез ПЛI-IТ разноrо тиi1а
с I-IЗОсТII-IРУЮЩИМ слоем из тефлона,
ДJIЯ Toro чтобы увеЛИЧI-IТЬ упруrость поверхности HeHarpe-
u
ваеl'ЛОИ П"ТIИты пресса, ее часто по!(рывают СИЛI-IКОНОВЫМ каучуком.
Для предотвращения прилипания материала к металлу l'ложно
пользоваться силиконовой смазкой. Тонкий слой такой смазки
хорошо защищает раБОЧI-Iе поверхности пресса. Однако этот с.пой
u
ПРИХОДJ1ТСЯ часто восстанавливать, потому что после кажДОИ
операЦI-IИ небольшое КОЛI-Iчество с.мазки прилипает к изделиЮ.
590
,
r л. Х. СВАРКА ТЕР Л1.0ПJ1АСТI/l 'lIf-IbI Х !\'\:'\ ТЕР I/IA ,п ОВ
.....
....
Непрерывная сварка
В ПрJМЫ л енности используется различное оборудование
раБJrаюд е п о тому же самому ПрИНЦУIПУ, что и. сварочные. прес
са, но с друrим конструктивным оформлением. Чаще Bcero при
11 (J 8л е 17"1.1 е
J
ё
. 1
Рис. 10,5. РО,;1ИКОВЫЙ сварочный аппарат:
l HarpeTble ролики;. 2 30Ha предварительноrо nOAorpeBa.
меняются роликовые станки для непрерывной CBapKyI 14 . На ЭТуIХ
cTalIKax пленка заЖуIмается между двумя бесконеЧНЫМуI УЗКУIМУI
l\1етаtJ1Jt.Т1уIческими лентаМl1, I{OTOPЫ проходят сначала зону Harpe..
II08//ение
2
о
............. ....... ........... ........... ....... ......... ........ ........ ........... ........ ........ ............ ............ ...........
, ":-, - , "
, 1'" '\
( )) (\ ) J
, , ..... . . ........ /
... -:::а . '............ ....... ............ ....... ......... ....... .......... ....... .......... .......... ....... ........... ........
1" . ...................... ............. ........ ........ ............ ......... ........... ........... ....... ....................... .......... ......... .......... "
,( \ /' \\
\ \, ,/ ) J
" ..... ............. ....... ......... ............... ......... .......... ......... ........ .......... .......... .......... .................... ..................... ........ ........... ............... ../ /
. ....... ................... J
........................ ........................................................... ............................................
Рлс. 10,6. СварочныЙ аппарат с бесконечным ремнем:
1 HarpeTble ролики; 2 30Ha предварИТЕ=льноrо подоrрева.
B:Cf.', а потом зону охлаждеНуIЯ. В 301Ie HarpeBa температура lI'1енты
,Li()ВОДИТСЯ до рабочей. HarpeB ленты ПРОУIЗВОДИТСЯ ПрУI ПОМОll уI
спеЦIlальноrо наrревателя СОПрОТИВ ТIеI-IУIЯ ,. В зоне охлаждеНуIЯ
съем тепла осуществляется ВО3ДУХОl\rI yItТIyI жидкостью, ЦУIРКУЛУI
рУlощей в отдельной замкнутой CyICteme-. Между зоной HarpeBa и
.охлаждения обычно крепятся неБОЛЬШуIе ведущие рОЛУIКИ, кота..
рые создают давление, неоБХОДуIмое ДJ1Я cBapKYI.
На рис. 10,5, 10,6, 10,7 приведены различные ТуIПЫ сварочных
2.ппаратов. В РОЛуIКОВОМ сварочном аппарате с неподвижным
СВАРКА В СВАРОЧНЫХ ПРЕССАХ
591
..
""v
узлом предварительноrо HarpeBa матеРуIал протяrивается через
зону HarpeBa при помощи сварочных РОЛуIКОВ, служащих иноrда
и веДУЩуIМИ роликами (см. рис. 10,5). В зоне HarpeBa материаcJl
размяrчается, а затем проходит через ролики, которые ero сдав--
ливают до определенной толщины. Поверхность рОЛуIКОВ иноrда
rофрируется. Этот аппарат часто применяется для сварки uелло
фана. Специальная модель TaKoro аппарата применяется для
.
сварки СЛОуIСТЫХ материалов и материалов, покрытых друrими
пленками.
В сварочном аппарате с бесконечным ремнем (обычно резина,
ткань или uепь) материал подается в зону предваРУIтельноrо на-
.
rpeBa, а затем к сварочным роликам, которые иноrда также по--
доrреваются.
2
3
+
Рис. 10,7" ЛеllТОЧНЫЙ сварочный аппарат:
l бесконечные МеталличеСКие ленты; 3 наrреваемые rубки; 3.........ролиКи;
4 охлаждающие rубки.
Некоторые аппараты снабжены второй парой ремней, протя-
rивающих материал через зону охлаждеНУIЯ, в которой материал
отверждается.
НаЛУIЧУIе ремней обеспечивает постоянную скорость прохож..
дения матерУIала через сварочные ролики. Аппарат предназначен
для cBapKYI целлофана и некоторых слоистых материалов, а таКЖе
аморфной пленки.
В ленточном сварочном аппарате бесконечные металлические
ленты протяrивают материал последовательно между наrретыми
rубками, рОЛУIкаl\rlУI yI охлаждаЮЩИМ}I rубками (см. PyIC. 10,7).
Тепло быстро передается через тонкие ленты, и материал Harpe
вается. Попадая после РОЛуIКОВ на охлаждающие rубки, материал
остывает.
Для более тяжелых условий работы создана модель c'il несколь..
КИМуI напраВЛЯЮЩУIМИ роликаМуI, раСПОложеНIIЫМИ между зонами
HarpeBa yI охлаждеНуIЯ. Эта модель предназначена для сварки
аморфной пленки, слоистых матеРуIалов и для материалов с по..
крытием.
592
rЛ. х, СВАРКА ТЕРМОПЛАСТl-'IЧНbIХ МАТЕРИАЛОВ
...
""
......
Известны несколько различных моделей машин для непрерыв"
u
нои сварки, в которых направ.ПЯIО !11,} 'lе рОЛI К11 расположены до
u
зоны HarpeBa, между ЗОНОи HarpeBa и охлаждеНllЯ и после зоны
охлаждения. Давление, которое создается РОЛУIками, разви
u
вается под деиствием натяжения пружин или сжатоrо воздуха.
Натяжение лент реrулируется пружиной, установленной на баш..
маках. Ленты MorYT быть покрыты тефлоном. В зоне охлаждения
материал прилипает слабее, однако все рабочие поверхности
должны быть обработаны самым тщательным образом.
Для непрерывной cBapKYI термопласти:чных матеРУlалов при...
меняются так)ке так называемые сварочные РОЛИI(И и барабаны,
.
изrотавливаемые обычно из аЛЮМИНуIЯ. В HylX смонтированы на..
rрева'"rельные элементы и термореrуляторы. Поверхность обода
ролика должна быть rлаДIСОЙ с закруrленными краями. Ширина
ролика около 3 ArlM. Ролик, покрытьiй слоем тефлона, монтируют
на стандартной. сварочной машине. В процессе работы он каТуlТСЯ
по поверхности стола формующей ПЛИТЫ. Пленка проходит
u U
между плитои и роликом, которыи ураВfIовеШуlвается при помощи
противовеса с набором rрузов. Скорость вращения ролика pery..
лируется в соответствии со скоростью движеНуlЯ пленки по плите.
Рекомендуеl\{ое усилие прижима 0,68 кТ. Скорость сварки поли..
этиленовоrо рукава на TaKylX машинах доходит до 30,5 Art/ МИН.
Температура при этом должна поддерживаться относительно BЫ
сокой, однако особенно тrцательно реrулировать ее необязатель-
но. При сварке пленки ТОЛЩ1IНОЙ 0,05 ММ со скоростыо 20 M/M(,l1i
при температурах в диапазоне от 177 до 232 ос получается сва рной
шов удовлетворительноrо качества (процность шва равна проч..
ности caMoro материала).
Машины непрерывной сварки применяются для изrотовления
упаковочноrо материала из ПОЛИЭТJlлена, ПОЛI-Iвинилхлорида и
поливинилиденхлорида и т. п.
Высокочастотная сварка
Этот !\1етод пОявился сравните.JIЬНО недавно и ero принцип
описан во мноrих работах 4 .
Популярное изложение вопросов применения высокочастотной
сварки дано в журналах.
Как rоворит само название, высокочастотная сварка осущес.тв"
U
lяется в поле высокои часто.ты, которое rенерируется при помощи
электродов, одновременно служащих зажимаМуl для свариваемых
u
}fзделии. .
Сварка деталей происходит при наrревании под давлением,
которое на них производят зажимы.
ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ СВАРКА
593
.
J
Свойства полимеров
Полярные полимеры представляют собой вещества, в молеку"
лах которых электроны смещены от одних атомов к друrУIМ так,
что' атом-донор становится более электроположительным, а атом-
акцептор более электроотрицательным. Т aKyle молекулы, обладаю...
u
щие парои зарядов противоположноrо знака, находящиеся на
некотором расстоянии друr от друrа, называются ДуIПОЛЯМИ.
Если диполь помести'ть в элеКТРУlческое поле, он будет ориен"
Тllроваться сообразно знаку зарядов электродов. В случае пере..
MeHHoro поля этот процесс повторяется MHoroKpaTHo в зависимо.
сти от частоты. Чем больше. вязкость материала, тем больше со..
противление изменению ориентации и тем больше затрачиваемая
работа. Эта работа характеризует диэлектрические потери.
Наиболее важными характеристиками материалов с точки
u
зрения рассматриваемоrо метода высокочастотнои сварки являют..
ся электрическая прочность, диэлектрическая постоянная, фак
торы потерь и мощности.
Электрическая прочность определяет способность материала..
изолятора сопротивляться пробою. Если термопластичные мате.
риалы поместить в электрическое поле, в них возникают напряже-
ния, подобно тому как возникают напряжения под действием Me
ханических наrрузок.
Для каждоrо термопластичноrо материала при повышеНуIИ
электрическоrо напряжения может быть достиrнуто такое ero
значение, при котором наступает пробой. Эта величина, измеряе..
u
мая при определеннои толщине ЛуIстовоrо материала, определяет
ero электрическую ПРОtIНОСТЬ и зависит от скорости приложения
и увеличеНуIЯ потенциала, от поверхностных эффектов и т. д. Оче..
видно, что рассматриваемая характеристика имеет очень большое
u
значение в условиях высокочастотнои сварки.
Коэффициент теплопроводности для данноrо п роцесса не иrрает
u
существенном роли, поскольку тепло rенерируется внутри caMoro
u
материала, а не под деиствием внешнеrо HarpeBa.
Диэлектрическая постоянная характеризует электрическую
емкость материала и зависит от времени релаксации 15 , которое
определяется временем, необходимым для восстановления под
действием тепловоrо движения наиболее вероятноrо расположе
ния молекул после снятия электрическоrо поля.
Малое время релаксации соответствует низкой диэлектриче--
ской постоянной. Материалы с очень малым временем релаксации
MorYT быть сварены за более короткие отрезки времени в ЭJIектри-
ческих полях более BbICOKyIX ч aCTOT 10 .
ФаI(ТОР мощности определяется как отношение общих потерь
мощности к произведению напряжения на силу тока в KOHдeH a....
38 Переработка термоп."астичных материя.лов
594
rл. х. СВАРКА ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
,
..... ....
L
"
торе, rде данный материал СЛУЖУIТ диэлектриком. j\1атериа.пы с
более BbICOKyIM фактором МОЩfIОСТИ лучше поддаются сварке то...
ками высокой частоты. Считается, что чем ниже фактор потерь,
тем больше расход мощности на сварку материала.
Как правило, в тех слуqаях, коrда фактор МОЩНОСТуI (атериа..
ла ниже ИЛуI равен 10 4') сваривать ero токами высокой частоты
не рекомендуется.
Фактор диэлектрических потерь равен произведению диэлек
трической постоянной на фактор мощности. Величина этоrо фак
тора является лучшим критерием при определении поведения ма..
u
териала в условиях высокочастотнои сварки.
Следует отметить, что зависимости между paccMoTpeHHbIMYI ха..
рактеристикаМУI (диэлектрическая постоянная, факторы мощности
и потерь) и частотой нелинейные. Поэтому для Toro, чтобы можно
было пользоваться этими характеристиками при определении по
u
ведения материала в процессе высокочастотном сварки, они долж
ны быть замерены при частотах, БЛИЗКуIХ к рабочим. .
Высокоqастотный метод сварки применяется для изделий из
ацетата целлюлозы. пропионата целлюлозы, ацетоБУТУIрата цел
люлозы, полиамидов) полиметилметакрилата, поливинилхлорида
и поливинилиденхлорида. Этот список далеко не полный, но он
охватывает наиболее важные материалы, которые в БОЛI:JШИХ ко-
личествах свариваются токами высокой частоты. Одним из при..
меров уIспользоваНуIЯ высокочастотной. сварки может быть из
u .
rотовление плащеи и накидок уIЗ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДIIОИ пленки.
Токи высокой частоты неприrодны для сварки полиэтилена yI по--
листирола неполярных полимеров с очень НИЗКими факторами
мощности (порядка 10 4).
В табл. 16 приведены веЛуIЧI1НЫ диэлеКТРуIческих постоянных,
факторов MOIIXHOCTyI и ЭJlеКТРуIческих прочностей для наиболее
распространенных теРМОП..ТIаСТуIЧНЫХ матерУIалов. ·
.
ПРИНЦИП действия
Оборудование для высокочастотной сварки конструктивно не
u
отличается от Toro, которое используется для тепловои сварки.
Основное раЗЛуIчие состоит в том, что в первом случае плиты BЫ
полняют роль электродов, а не ИСТОЧНуIка теП,л:а поэтому необхо
u
ДуIМО уIзrотовлять электроды уIЗ металла с высокои проводимостью
чтобы предотвраТУIТЬ их HarpeBaHYIe вслеДСТВуIе сопротивлеНуIЯ
прохождеНУIIО электрическоrо тока, так I{aK это мо)кет вызвать
п pYIrop aHyIe l\r!атериала.
Известно миоrо конструкций высокочастотных сварочных Ma
шин с электрода fуI различной формы. Некоторые типы электродов
имеют охладительные каналы для съема тепла, получаемо ro
ВЫСОКОЧАСТОТНА СВАРКА
,
.
.... ..
........
,'электродаМУI от сваривае..
".Moro материала, и вы..
..деляющеrося ДЖОУс-7Jева
'тепла.
Пли'ты сварочных прес..
сов представляют собой
латунные, алюминиевые
ИЛуI стальные основания,
, u
покрытые полосовои ла..
'тунью ШllрlIRОЙ 13
100 .Л1М. И толщиной .до
..3 М)И. T веЛуIчеНуIе толщи
ВЫ 110ЛОСЫ свыше 3 Mht су..
щественно не повышает
прочности cBapHoro шва.
Все рабочие IIоверхности
должны быть rлаДКуIМИ, с
закруrлеННЫМУI краями,
,для предохранения от об..
u
раsования электрическои
дуrи или приrорания Ma
териала. Э"ТIектроды с ост'"
рыми краями дают слабый
u
шов, которыи можно леl "
ко разорвать даясе руками.
Существуют маш yIHbI
u
для непрерывнои высоко..
u
Ч.астотнои сварки, так Ha
зываемые высокоцастот-
u
ные «швеиные» маШуIНЫ,
u
rДе веРХНI1И электрод име..
ет форму рОЛУIка. Этот ро..
4-nИК является веДУЩИ 1, он
протяrивает материал и
'cBapYIBaeT ero. Свароцные
машины TaKoro ТуIпа пре..
'!{расно ПРУIспосоБJlе ы для
u
'сварки плащеи, кисетов
и пакетов для ПИЩуI.
Оборудование, необхо..
.димое для получения то..
u
ков высокои частоты, Bcer..
да состоит из reHepaTopa
частоты и контуров уп-
раВ.11еНУIЯ.
tj
::r
;:j
\о
а
t--.
38*
ее
&
Q)
:=
=;
с:>
с:
><
2
с:>
r-
с:>
Q)
:с
са .....
ее
t
:s::
с:>
5
си
:;:
Q)
cr
aJ
=;
т
...J
t---
U
ОФ
...... '<::t'
,J........-I
........
...
00
р..
tI::
СЛ
0<
С).........
o..
Е--о"
Q:)
t:;
ro
о
1.;"]
........
о
rJ)
<
........
Е--о
U
О
:r::
d
о
:::l.
О
Е--о
ro
tI::
::r:
::r:
tI::
о
.........
tJo
О L.'")
t::
O
rn
:E
Uf---o
сл
a
t--o
Q)
t:;
(?)
-=
ч
,
!
I
,......
........
QJ
:!::
t:;
О
..
,
:=:
.
::r:
::rro
E--o
Q).....
t:=..a
t::
t;
::>:
р.,о
t:::t""'"
.. ..
.
O :!::
0:S:
t..,..........
..... щ
C':'J::r:
o.aJt---
......
ф..а
;S: о.. t::
o. %1
t:: ......
с\)
ф
о
......-1
о.
t::
(\)
о
.....
.....
о..
t::
ф
о
а
t::
tIJ
О
......-1
о..
t::
595
...
C.D Ф
.......... .,.......
! I
ф
ф с ""т
С":>сУ) C(')
I I C'J ...
; ф I
........ \...f) ф
.,.......
I 1
1
со
,.. ........, .........
с<)
ф 0Cj
... .,
саlOОО
.......... .,.......
\ ! ! \ I
OC'lO oo
.,....... ............, ...,...........
u")
O са
\.o \
! !:!СЮ \
N """"'0
.............
.........
cf) CV:.
oooo
.... .... .--. ....
00000
! ! I I !
C":>
00000
,.., .... ,.... ..
ооаос
'I:::t'
O'J О
00 1.1-') О
""""""'0000
.... .... ....0 ....
00000
I \ о \
ФLC\J"""""
ОООУО
"'0 r, о
0"0 о
о ...
о
LC О
ф.......... О
ООtOО
.... .... o ....
00000
! I I С: I
O'JФО..........
о о о V O
..о ... о
о o о
о ...
о
.........-1 11')
ФО 00
...... ........
....... о о о
! ! , , \
.,....... ф \ СУ')
00 00
... о ..... '"
о ... 00
о
Ф \.ОN
... .... ... ...
C'fJ Ф с":> cf:)
\ ! I ,
C<)C\I
.... ............
c'f) C'f)C'f)
LC
IO Ф
... .. Fo-
C'Q C'fJ .
1 I ) . I
caCf) -.:::r
.... ......
c'f) с'1 :"l
о
...
ф
lro
LC
l.Q 1.с
t.r;,
ф
.. ...
со c'f) LC C'fJ
\ I \
r:otQ
... ...
CQ
... ,..
-.:::r C'fJ
! \
cv:)
...
C'fJ
. . . а 8
. . . .. .
. . . . .
.. .. . .. .
..,........ . ...
(у) ::
"'0.. ":о.".
:s::.
.,.......,.0.. .........::r::: ..
...Q ::t: ht
"C1') .E- C\j ..
O c\j :::CO
:a cv. roОо..
C1')2 [ht
f... " &&;:; . .
("') t:::; <v . ('j о :;: . "
a . *
X.-& :S:::r::
OJf->' " ;s:t) (l)O
::iC1'J\:J ;s:::: ro
:I:o ::I:u =:S:;=
f-.ot S? f- :!: t::: :::
c\:i ""'"" о ,.:?; са OJ 00 (1) U
Е- ::i::S:; =:S:; ';:.
О =
=r ('joo 000
:r: t: t:t:t:
596
rл. х. СВАРКА ТЕРМОПЛАСТl'IЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
....
На reHepaTop подается выпрямленный постоянный ток БЫСО..
Koro напряжения. Работа с такими высокими напряжениями
требует соответствующих устройств, которые обеспечивают тех..
нику безопасности (на-пример, отдельное размещение установки
и БЛОКI-Iровка подходов к ней).
В reHepaTope высокой частоты постоянный ток BbIcoKoro на..
пряжения трансформируется в переменный ток частотой 10
40 М2Ц. Требуется довольно значительный расход энерrии, чтобы
HarpeTb материал с низким фактором мощности. Для высоко..
чаСТОТнОrО оборудования этот расход обычно составляет 1,4
100 квт. Наиболее распространенная рабочая частота 27,18 МеЦ.
. Однако если оборудование защищено должным образом, разре.
шается работать на любой частоте. Как правило, в помещении,
rде производят высокочастотную сварку, устанавливают экраны
из неокрашенноrо rальваническоrо железа. Экранирование поме..
щения часто оказывается экономически более выrодным, чем
установка нескольких тщательно защищенных аппаратов. Сле..
дует обращать особое внимание на уровень излучения в экрани...
рованных омещениях.
Контур управления синхронизирует работу reHepaTopa и
пресса и прежде Bcero реrулирует время наrревания и охлажде..
ния материала.
Современные reHepaTopbI оборудованы приборами антисипа...
TOpaMI-I, которые защищают электроды. Если сопротивление меж..
tJI
ду электродами упадет. ниже заданнои величины, аlIтисипатор
выключает reHepaTop. Сопротивление может понизиться в ре..
зультате попадания rрязи, металлических частиц или от возник...
новения дуrи BOKpyr матерl-Iала.
l\\ощность reHepaTopa определяет произвqдительность свароч..
ной машин ы, т. е. объем материала, который может быть HarpeT
u
до температуры, при которои материал расплаВI1:ТСЯ за определен..
ный промежуток времени при данном давлении. Кертис предло..
жил упрощенную формулу расчета мощности, необходимой для
сварки термопластичноrо материала определенной толщины 8 :
W.H.T Q
rде \f' веС материала, К2;
Н удеJIьная теплоемкость, ккал/кz. ос;
т перепад температур, ос;
Q количество тепла, ккал.
Эта формула не учитывает электрические
Moro материала. Более точная формула для
также предложенная Кертисом, имеет вид:
Н . CFL Е2
. Т
u
своиства HarpeBae"
расчета мощ'нос.ти,
rА30ВАЯ СВАРКА
597
rде С диэлектрическая постоянная;
F частота, k12Ц;
L фактор потерь;
E напряжение, в;
т толщина детали, мм.
. Рабочий ЦИКJ(
Трудно привести пример типичноrо цикла cBapKII KaKoro..
нибудь термопластичноrо материала, так как цикл меняется в за-
висимости от толщины, длины и ширины шва. Поскольку оборудо--
вание рассчитано на определенную мощность и работает на задан..
u
нои частоте, может изменяться лиШь длительность операЦИУ1.
Как было установлено опытным путем, обычный цикл должен
продолжаться менее четы.рех секунд. Для Toro чтобы увеЛI-IЧИТЬ
время сварки, необходим более мощный reHepaTop. На практике
оказалось, что толстые детали свариваются быстрее, чем тонкие,
так как последние леrче отдают тепло электродам.
Обычно на наrревание материалов, содержащих пластифика...
тор, раСХОД)7ется меньше l\iОЩНОСТИ, чем на наrревание непласти
фицир()ванных материалов. Это видно из Toro, что диэлектриче..
CKy1e постоянные и фактор мощности у пластифицированноrо.
поливинилхлорида выше, чем у непластифицированноrо.
Стоимость оборудования для высокочастотной cBapKY1 выше,
чем CTOy1MOCTb оборудования для тепловой сварки. Однако суще..
ствует MHoro случаев, коrда высокочастотные машины оказыва..
ются единственно приrодными для сварки некоторых термопла
стов. Для материалов, чувствительных к переrреву, такой метод
обладает БОЛЬШИl\1И достоинстваМу1, так как nporpeB ПРОУ1СХОДJIТ
быстро, тепло распределяется раВНО1\{ерно по всему материалу y1
u
температурныи rрадиент невелик.
rазовая сварка
в процессе rазовой c.BapKY1 термопластичный материал Harpe...
вается в месте будущеrо шва струей rорячеrо воздуха ИЛу1 инерт"
Horo rаза, выходящеrо у1З ropet!'ТJKy1. При rазовой сварке обычно
пользуются ПрУ1садочным прутком. из Toro же caMoro ИЛI-I анало..
rичноrо cBapY1BaeMoMY матеРlfала (pY1C. 10,8).
r аз наrревается в rорелке, rде он прОХОДУ1Т через элеКТРу1че..
u
с.кие наrревательные элементы, IIЛИ змеевик, которыи в свою
очередь наrревается rазовым пламенем. rореЛI\у1 с элеКТРУ1ческиrvI
наrревателем леrче y1 KOl\InaKTHee} поэтому они применяются
чаще, чем rазовые. Однако послеДНу1е y1MeIOT определеllные преиму'"
598
rл. х. СВАРКА ТЕР!\\ОПЛАСТl-'IЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
.
..
щества ПруI работе в полевых УСЛОВуIЯХ в качестве переносных уста-
новок.
Сварочные rорелки обычно комплектуются набором наконеч
ников с разными диаметраМУI зазоров (чаще Bcero от 3 до 6 мм).
В ropeLТIKax TaKoro типа температуру rазовой CTPjTyI реrулируют,
Уl\л:еньшая уIЛуI увеличивая пламя, наrревающее змееВИI(.
2
,
"
J
?
...
.....,;""
/..;;'"..
,
..,/
,
,
/
.: . ,..--'"',/
7
6'
s
;'
"
Рис. 10,8. Схе1\1атичес{<ое изображение процесса rазо
(.
ВОН сза Рl(Н:
l клеММbl на1 рсвательноrо эле1\'lеНТtl; 2 прнсадочнын пруток; 3 ra
зовая rорслкз для сварки; 4 \7' образиые кромки шва: 5 ЛНСТЬi Tep
мопластичноrо l\-lатернала; б ПОТОI< rорячеrо воздуха, направленный
в место сварки; 7 IJlOB.
1\10ЩНОСТЬ элеКТРуIческой rазовой rореЛКУI реrулируется транс--
-форматором. Кроме Toro, температуру сварки МОжнО реrУЛуIрО-
вать, меняя расстояние. ме}кду IllBOM и наконеЧНуIКОl\rf rореЛКуI. пру!
сварке полиэтилена температура выходноrо отверстия rорелки
должна составлять около 282 ос. Рабочая температура rаза ПрУI
этом УСЛОВуIИ оказывается равной IIpYIl\rlepHO 200 ос, так как пере
пад температур на участке между выходным отверстием rорелки
и liIBOM ДОСТуIrает' 82 ос. Оказалось, что ПруI сварке. ПОЛуIЭТI1JIена
струей rорячеrо воздуха l\1атерУIал частично разрушается. Этот
вывод был сделан на том oCHOBaHyIyI, что ПОСtле сварки веЛуIчина
относ.ительноrо УД..ПуIне IIIЯ ПОЛИЭТуIлена Уl\1еньшалась. Поскольку
разрушение материала ПрОИСХОДУIТ вследствие ОКуIСLТIения поли..
u
мера, в качестве теПJIОНОСуlтеJlеуI при сварке ПРуIменяются инерт"
ные rазы, TaKyIe, как ДВУОI(ИСЬ уrлерода и азот.. В настоящее вреl\1Я
u
n 'p I rазовои сварке чаще Bcero ПОЛЬЗУIОТСЯ азотом.
ИНДУКЦИОННАЯ СВАРКА И ДРУrИЕ СПОСОБЫ
599
..
'111
Редуктор должен быть рассчитан на непрерывную подачу
rаза с давлением от 0,35 до 0,7 аmи. Расход HarpeToro rаза ПрУ1
сварке приБЛИЗУ1тельно 0,00056 0,028 М 3 /МИН. Скорость сварки,
как правило, невелика от 25 до 63 ММ/МИН.
Присадочный пруток для rазовой сварки, так же как и при
u
rазовои сварке металлов, изrотовляется из материала, аналоrич
Horo свариваемому. Например, при сварке ПОЛу1этилена нау1ЛУЧ
шие результаты дает ПрУ1садка, состоящая из ПОЛИЭТу1лена с добав
кой 5 % ПОЛИУ1зобутилена. Эта КОМПОЗу1ЦИЯ улучшает сопротивле 48
Hy1e шва растрескиваНУ1Ю 1'1 ПОНу1жает точку плавления материала,
т. е. увеличивает скорость сварки. В зависимости от размера CBa
рочноrо пистолета выБУ1рается присадочный пруток диаметром
1,6 4 ММ. Лучше Bcero пользоваться круrлым прутком, та.к как
u u
при этом получается rJlаДКу1у1 и ОДНОРОДНЫУ1 шов.
Сварка при помощи HarpeTbIX инструментов
Этот способ COCTOy1T в том, что свариваемые поверхности Harpe
IJO
ваются rорячим металлическим инструментом до задаННОу1 темпе 8А
ратуры, после чеrо ИСТОЧНу1К тепла удаляют, а иаrретые поверх..
ности быстро соеДу1НЯЮТ под давлением (спрессовывают). После
охлаждения давление снимают, и сварка оканчивается. Такой
способ сварки применяется при монтаже полиэтиленовых трубо
проводов, у1зrотовлеНу1у1 иrрушек, предметов домашнеrо оБУ1хода
u
и друrУ1Х изделии из различных ПОЛУ1меров.
Индукционная сварка и друrие аналоrичные
ей способы
Существует по крайней мере два способа, rде тепло, необхо..
димое для оплавления кромок шва, rенерируется в проводнике
(проволоках), который по окончании сварки остается в месте со.
u
еДу1неНу1Я деталеУ1.
В одном случае получают теПJIО, индуцируя ток в замкнутом
контуре (индукционная сварка), в дру.rом то]{ пропускают через
проводник с большим СОПРОТУ1влеНУ1ем (HarpeB за счет джоулева
тепла) .
Индукционная сварка
ПрУ1 индукционной CBapl(e используется тепло, которое rенери..
u
руется в цепи сопротивления электромаrнитным полем высокои
частоты 6 .. Как правило, ИНД)'J\:ЦУ1онная сварка ОСУЩЕствляется в
несколько стадий:
{)ОО
rл.' х. СВАРКА ТЕРМОПЛ..l\.СТИЧНЫХ МЛТЕРуIАЛОВ
,
.
.
1) между двумя сварУIваеi\tЫМИ детаЛЯrv1уI закладывается BCTaB
ка уIЗ металла, обладающеrо хорошей проводимостью;
2) детали помещают в электромаrНуIтное поле ВЫСОI{очаСТОТ04
Horo reHepaTopa;
3) детали прижимают друr к др)тrу и ВК ТIючают reHepaTop
4) ПРУI прохождении тока по цеПуI выделяется тепло, которое
u
оплавляет поверхность свариваемых деталеи; _
, 5) reHepaTop выключается; расплавленные поверхности OCTЫ
вают, образуя прочный и долrовреrvlенный шов.
Время наrревания вставки зависит от подводимой МОLЦности.
1\1.0ЩНОСТЬ - И время, необходимые для HarpeBa контура до задан-
ной температуры, MorYT быть подсчитаны по формуле:
W.S.T Q
rде W вес материала, К2;
S удельная теплоемкость, KKa /К2. сс;
т заданный перепад температур, ос;
Q количество тепла, необходимоrо Для сваРI(И, ккал.
Пересчитав ккал в Кi3т и раздеЛуIВ результат на MOLЦHOCTb
rеиератора в ,(вт/ мин, получим время HarpeBa..
Чтобы получить шов хорошеrо качества при индукционной
сварке толстостенных изделий, необходимо приложить значитель..
ные усилия (не менее 1,8 кz на 1 линейный мм шва).
Количество тепла, rенеРИРУlощеrося в металличеСI{ОЙ BCTaB
u
ке, для reHepaTopa сданнои MOLЦHOCTЫO прямо пропорционально
времени HarpeBa. Чем выше время HarpeBa, тем больше расплав
ляется материала, тем прочнее получается ШОВ. Однако слиш
u
ком Длительныи HarpeB может вызвать переrрев и разложение MaTe
риала. Обычно время иаrрева при индукционной сварке COCTaB
ляет 3 10 сек. Кромки cBapHoro llIBa обрабатывают так, чтобы
на них получились сопряrающиеся канавка и ВbIСТУП И.ни какая
нибудь друrая аналоrицная коифиrурация, которая обеспечила
бы плотное и надежное размещение вставки.
В любом случае вставка должна быть полностью окружена
материалом. Необходимо сtпедить за тем, чтобы даже часть BCTaB
К(l не осталась на воздухе, так как это может вызвать слитком
.быстрый ее иаrрев и разрушение.
Вставки. Пользуясь в качестве вставок листочками штампован..
ной фольrи, кусочками металлической сетки и друrими изделиями
из электропроволоки, можно успешно сваривать детали описан..
ным способом. Вставка может име1\Ь самую различную форму и
выполняться в виде звезды, прямоуrольника и т. п. Лучшие ре..
зультаты были получены в тех случаях, коrда диаметр проволоки
равнялся 0,25 0,75 .мм_
СВАРКА ПРуI ПОМQЩуI ШПРуIЦ МАШI1 IЫ
601
.l.J
Во избежание местных neperpeBOB необходимо проверять
плотность прилеrания вставки к поверхности изделия. ЛуtJше
u
Bcero укладывать вкладыш в спеЦI-Iа.пьную канавку на однои }13
сварных кромок.
Оснастка. Для Toro чтобы зажать деталь и обеспечить paB
номерное давление при сварке, обычно пользуются тисками Де..
. таль заж.имают на время HarpeBa и охлаждения.". Конструкция TII
сков должна обеспеЧI-IТЬ их быстродеЙСТВI-Iе. .
Техника. безопаС!fосrи. При работе с высОкочастотным обор) "
дованием необходимо соблюдать особую осторожность. Любой
u u
металлическии предмет, внесенныи в поле, создаваемое [енерато"
pOl\1, может быстро наrреться. Поэтому нельзя носить кольца
украшения и друrие металлические предметы, наrревающиеСЯl в
результате индукции.
Индукционный метод. наиболее удобен для сварки толстостен..
flbrx деталей Так, например, он применяется при сборке найло-
новых корпусов аккумуляторных батарей.
Сварка при помощи н а.rрева.телей сопротивления
Этот способ аllалоrичен предыущему.. Отличие состоит лишь
в TOIvl, что тепло выделяется в результате прохождения тока через
СОПРОТI-Iвление. Чаще Bcero этим способом пользуются для свар...
ки труб. В США выпускаются фитинrи, у которых в свариваемом
лесте запрессована проволока BbIcoKoro сопротивления. ФИТИНr
заЖI-Il\rlается на трубе, а кончики прОВОtПОКИ, специально BЫBeдeH
ные на поверхность, подсоединяются к цепи, в которую подают
ток. Этот способ особенно удобен в тех случаях, коrда имеется
u
портативныи JfСТОЧНИК тока.
Сварка при помощи шприц-машины
По этому методу детали свариваются струей расплавленноrо
материала, которая подается в стык между деталями. Шприцуе
мая струя, которая состоит из Toro же материала, что и детаЛI-I,
несет достаточно тепла, чтобы оплавить соединяеМые повеРХНОСТ1-1
деталеtI. После охлаждения термопластичноrо материала полу"
чается rомоrенная структура.
Основные ДОСТОI-Iнства этоrо метода заключаются в том, что
материал, выходящий из lllприц машины, несет все необходи..
мое для сварки тепло. Наrревание материала в шприц"маши
не осуществляется в основном за счет mexaHI-Iческой работы
червяка.
602
rл х. СВАРКА ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
На рис. 10,9 схематичесКИ изображен процесс сварки полиэти-
леновой пленки при помощи шприц"машины. Таким же спосоБОJ\I
можно сваривать и толстостенные детали, однако в этом случае
точная подача расплава к свариваемому месту несколько затруд
иена.
11
I
2 3
/1;-
'"
'f
. . ,
. ,. "" ",
...... 1. ..
. . ,
. ... .
. ..
.... .. ,"
... ...
. . "" ..
. . .
rI' ..... - -
... ....
. .
I . . .
L;
/3
/2
5
.
L
j
8
..
'11(
7
6'
Рис. 10,9. СХСТ\-fатическое изображение про
цесса сварки при помощи шrтрИЦ IVlашины:
l заrрузочиый БУНI<ер; 2 коробка скоросТеЙ; 3 &1
риатор; 4 qервяк; 5 .корпус.; б lпприuуемы-й l\-tаТери
ал; 7 nлеика; 8. 11 подаЮIЦИе ролики; 9 приемный
ролик; 10 формующне ролики: 12 пленка; 13 Harpe
ваТель; '4 80ЛЬ'fмет р.
.
Фрикционная сварка
По этому способу сварка происходит за счет тепла, выделяю
щеrося в результате трения при вращении двух соприкасающихся
u
деталеI-I относительно друr друrа.
Одна деталь зажимается во вращающемся патроне, а друrая
крепится неподвИЖНО. Скорость вращения и давление между дeTa
604
rЛ, Х, СВАРКА ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРуIАЛОВ
r
Параметры процесса
Количество тепла, выделяющеrося в процессе сварки за счет
u
трения, зависит от относительных скоростеи вращения KOHTaKT
u
Horo давления длительности процесса, а также от таких CBOI1CTB
перерабатываемоrо материала, как коэффициент трения и тепло
проводность.
Давление должно распределяться paBHOMepllo по всей поверх
ности шва.
Бо мноrих случаях качество сварки улучшает.СЯ, еСЛI-!
после начала оплавления поверхностей увеличить давление..
Реrулировать давление лучше Bcero при помощи ПllевмаТI1ческоrо
u
устроиства.
Время сварки должно быть достаТОЧlIЫМ для полноrо соеДИllе--
НI1Я свариваемых деталей. При сокращеНИI1 цикла локальные
переrревы и внутренние напря)!{ения ПОНИ)J{аются. Б БОЛЬШИlIСТ"
ве случаев время сварки составляет 1 2 сек.
Общее время цикла включает в себя установку и съем дета-
лей т. е. оно, кроме прочих факторов, зависит и от конструкции
I\1аШИlIЫ.
Осевое движение шпинделя оrраничивается конечными BЫ
ключатеJIЯМИ или упором. Это значит, что за каждый ЦI1КЛ рас..
плавляется и удаляется одинаковое количество материала. KOH
цевые выклю атели обычно ставятся lIa узлах автомаТI1ческоrо
питания и автоматическоrо отключения паТрОllа..
При IIебольшом объеме продукции автомати!{у не применяют,
процесс ведут «на rлазок» и по окончании cBapKI1 привод отклю"
чают вручную. .
Б неl{ОТОРЫХ случаях необходимо обратить особое внимаllие на
u
время торможения при остановке вращающеI1СЯ части l1зделия.
Детали из найлона и друrих. жестких термопластов должны
остаllавливаться MrHOBeHHO.. Такие материалы переходят из
твердоrо.состояния в расплав в очень узком диапазоне темпера
тур и обладают низкой вязкостью расплава. При сварке ЭТI1Х
материалов между ними образуется лишь тоненькая пленка рас..
плава.
Если торможение происходит медленно, пленка может за...
твердеть до полной остановки деталей и llIОВ будет срезан.
Процесс протеl{ает успеllIНО при линейных скоростях на по
верхносrи шва 1,52 . 18 м/сек и давлении 0,7 lO,5 аmи..
Этот метод не нашел широкоrо распростраllения. Он приме..
няется для соединения частей составных найлоновых бутылок
u u
и для получения неразъемных соединении деталеи из термоплас"
тов пр и помощи оплавляемых заклепок из Toro же caMoro мате-
риала.
ПЕРСПЕI,ТИВЫ РА3ВJ-IТИ51 ПРОЦЕССА СВАРl(И
605
... ......----
Перспективы развития процессасварки
КоличествеllНЫЙ анализ процесса сварки до настоящеrо вре-
меllИ еще lle разработан. Проблемы теплопередачи и теплопро-
u
водности,. а также диэлектр ические и ВЯ3КОСТllые своиства поли-
меров при сварке изучены весьма повеРХНОСТ110.. Например, в ли..
T paType отсутствуют даllные по методу расчета те пераТУРllоrо
rрадиента в плеllке и температуры lla свариваемых повеРХ1IОСТЯХ
во время тепловой сварки. Определение ВЯЗКОСТ1IЫХ свойств смол,
плавящихся в процессе сварки, llеВОЗМОЖ110 без тщатеЛЫlоrо изу..
чения процесса.
То же самое МОЖ1IО сказать и о высокочастотной сварке, rде
примеllЯЮТСЯ лишь материалы с высокими диэлектрическими по..
СТОЯ1I1IЫМИ. ОчеllЬ 11ало извеСТ1IО до сих пор о времеllИ релаксации.
Зависимость BpeMeHI1 релаксаЦI1И' от распределеllИЯ молекуляр..
ных весов и размера кристаллов до сих пор не устаllовлена.
Необходимо более подробно изучить измеllеllие электрических
свойств материалов в процессе сварки. Известно, что фактор мощ"
ности и диэлектрическая постоянная термопластичных lVlaTe..
риалов меняются в зависимости от температуры и давления.. Но
u
как происходят эти изменения, llасколько меняются своиства,
как это влияет на сварку, пока неизвестно. ,
МОЖ1IО полаrать, что количествеIIНЫЙ подход, основаllНЫЙ на
современных представлениях термодинамики и реолоrии, внесет
значительно большую ЯС1IОСТЬ в понимание процессов сварки,
u
ОПI1саllНЫХ в llастоящеи rлаве.
ЛИТЕРАТУРА
1. АПОПУП10US, Hot Sibject Heat Sеа1iпg, },lodern P1astics t NQ 4. 85 (1958).
2. А.ПОПУП10US, Markets for Mate1-ials 1957, 1\10dеrп P1astics) NQ 1, 102 (1958).
3 . В r о w п, G е о r g е rI . , н о у 1 е 1., С У r i 1 N . , в i е r \у i r t h ,
R u d о 1 р Ь, А. t Theo1-Y and Арр1iсаtiоп of Rаdiо Frечепсу Неаtiпg,
Рriпсеtоп, New York, D. Vап Nostrand Сотрапу, Iпс., 1947.
4. В u r k I . Е., G r 11 т т i t t, О 1 i v е r, The Chemistry of LaI"ge Mole..
cules, in The E1ectrica1 Prope1-ties of High Po1ymers, Ьу Fuoss, Rаутопd
М., рр. 191 217, New Y01-k, Iпtеrsсiепсе Publishers, Iпс.) 1943.
5. В u r k R. Е., G r 'и т m i t t, О 1 i v е r, ТЬе Chemjst1.Y of Large МО..
1ecules, iп ТЬе Iпvеstigаtiоп of High Polymers with X Rays, Ьу Mark Н.,
рр. 33 67, Ne\v York, lпtеrsсiепсе Publishers, Iпс., 1943.
б. С h е n е У А. J., Е Ь е 1 i п g W. Е. J Methodes for Joining P1astics, Parts,
SPE Journal, NQ 3, 31 (1958).
7. С h i n п Н. G., ТЬе Mo1teIl Bead Sealer, Modern Расkаgiпg, N 12, 153
( 1 956) .
8. С u r t i s, F r а n k W., High Frequency Iпduсtiоп Неаtiпg, Ne\\l YOI'k}
McGra\v Hil Book СО1nрапу, Iпс., 1944.
9. Du Ропt (Е. 1. du Ропt de, NеПl0urs а. Со., Inc.) Iпfоrlllаtiоп Вullеtiп X 5
«Alathon) Ро1уеthу1епе Rеsiп Меthоds of Sеаliпg.
106
ЛИТЕРАТд-ТРА
. .......
О. I а r k u s R. D., Еlесtf"олiс rleat. Sеаliпg, j\llоdеrп Plactics, Н2 3, 109
( 1958).
1. Н а i т G., N е w m а n п J А., Marluai for P1astic \'/еldiпg, Poiyet11Y
1епе 1 vol. 11, Сlе'\iеlапd, Industrial РuЫishiпg Сотрапу, 1954.
.2. (1 а i m а., Z а d е Н. Р., Wе[diпg of Plastics, Lопdоп, Grosby Lock
\\rood а. Sопs, L td, 1947.
.3. К. n i g h t. R. М., F u n k W. И., Heat Sea1ing of Роlуеthу1епе FilПI,
Моdеrп Plastics, No 12, 133 (1957).
.4. R о h d i n Н., Heat Sеаliпg Еquiртепt, in Моdеrп Расkаgiпg Епсусlоре--
dia, уо1. 31, рр. 93 96, Расkаgiпg Cata10gue Corp., 1958.
.5. V а n В е е k L. 1(. Н., н е r m а п s J. J., Dielectric I еlахаtiоп in
Dilllte Sоlutiопs of Polar Сhаiп Molectl1es, J. Polymer Sci., уо1. XXlll,
Symposiu111 оп Macrolllo1ecules, 1956, part 2, Ne\\r York, Iпtеrsсiепсе Pиb .
lishers, Inc., 1956.
Часть mреrrlЬЯ
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПЕРЕРАБА ТЫВАЕМЫХ
МА ТЕРИАЛОВ
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕРЕРАБА TblBAEMblX
МА ТЕРИАЛОВ*
. t
Методы количественноrо анализа, цзложенныIe в предыдущих
разделах, можно использовать для расчета оборудования только
в том случае, если известны технолоrические CBoI1CTBa перераба...
mBaeMoro полимера. До настоящеrо времени отсутствуют справоч'"
ники, в которых можно было бы найти данные, характеризующие
технолоrические свойства расплавов полимеров. Цель данiIоrо
раздела моноrрафии восполнит.ь этот пробел и дать в руки инже
Hepa KOHCTpYKTopa неоБХОДl-lмые СВедеНI1Я.. .
Материалы) помещенные в этом разделе, были получены от
фирм, выпускающих сырье. Технолоrические характеристики
f,)
даны в метр ическои системе еДI1НI1Ц.
Представление о характере собранных сведении можно полу
чить, ознакомившись с образцом опросной формы и примерами
типовых rрафI1КОВ, приведенных НИЖе.
OTCYTcTBI1e стаllдартов на приборы и методы определения тех..
нолоrических характеристик полимеров приводят к необходимо
сти каждый раз точно указывать тип прибора и отмечать особен
насти метода, чтобы можно было правильно пользоваться пред--
ставленными данными. Поэтому сопоставлять результаты, полу'"
ченные на раЗЛИЧlIЫХ приборах, следует с большой ОСТОрОЖlIОСТЬЮ.
Все реолоrические характеристики получены методом капил
u
Т]'ярнои В.ИСКОЗI1IVIетрии.
При обработке результатов входовыle эффеl{1Ы не учитывались.
Опросная, форма
MapRa смолы и изrотовитель. . . . . . . .. i' . . . . . . .. - . . " . . .
Характеристика смолы:
1. Полимер или СОПQлимер. . ., состав) o. . . . . . . . . . . . . . . .
2. Химичес.кое название ИJ1И формула '. . " . .. . . . . . . . . . . . .. .
3. Плотность при 23 ос, е/ см 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ . .
4. Молекулярный вес: средневесовой . . . . ., среднечисловой . . . · . .
метод определен ия . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . - . . . . .
5. Плас.тификатор: виды . . . . . . . . . количества. . . . . . . . . . .
Б. Мяrчитель: виды . . . . . . . . . ., кол ичества. . . . . . . . . .
7. Инrредиенты (антиоксид.анты и Т. д.): виды. . . . количества . . . .
8. Наполнители: виды. . . . . . . . . ., количества . . . . . . . . . .
.
* Р. Ф. Вестовер (R. Р. \Vestover, М. S. Е.', Bel1 TelephotH
La boratories).
39 Переработкй термопластичных материа '10В
6[0 ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СвОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
Реолоrические свойства
9. Индекс расплава, 2/10 мин (ASTM DI238-52T) . . . . . . . . . .
10. [рафик: изменение макснмальноrо напряження СДВиrа (6pR./2Lt Kr/CM 2 ) в за...
висимости от эффективноrо rрадиента скорости (4q/1CR.3) при различных Te l
пе р атур ах (ОС).
ll Прн ИСПОЛЬЗQвании ротационных вис.козометров неоБХОДИ 10 указать 1eTOД под
счета rрадиента скорости н напряжения сдвиrа.
12. Кратко описать конструкцию прнбора, на котором производилось определение
рео.поrических СВОЙСТВ 1 капнллярныI,, ротационный, конус"плоскостЪ и т. д.
13. Для капиллярноrо вискознметра: указать размеры капилляра t включая reoMe..
трические размеры входа (рекомендуется пользоваться капиллярамн с прямым
.. - '.входом) И размеры камеры; чем заrружалась камера rранулами или заrЬтов
кой? Для ротационноrо вискозиметра: сообщить размеры корпуса н ротор-а (в
. м.«). а также велнчину зазора или .друrие необходимые данньrе.
14. Были ли учтены входовые нли концевые эффекты и как это было сделано?
15. [де и как замерялась температура опыта (в расплаве t капилляре, камере)?
16. Указать стрелками на кривых момент появления шероховатостей на поверх
,ности выдавливае J10rо расплава.
17. rрафик: изменение эффективной вязкости в зависимости от температуры при
различных значениях эффективных rрадиентов скорости. Эффективная вязкость
определяется как отношение J\Jlаксимальноrо напряжения сдвиrа к эффек
тивному rрадиенту скорости. -
18.. rрафик: изменение эффективной вязкости (Kr -сек/см 2 ) в зависимости от эф
фективноrо rраднента скорости (4q/ 1<3, ceK l) при различных температурах
19. По формуле ДрR/2L, KF/CM 2 ==-K'(4q!1t1<3 ceK l)пl определить значения К'
и п ! при нескольких температурах н представить их в виде таблицы. YKa
заТh интервал значений эффективноrо rрадиента скорости, в пределах KOToporo
велнчнна п' не изменяется (п' всеrда меньше 1). .
20.. [рафик: увеличение диаметра выдавливаемоrо образца в зависимости -от эффек.
'I'ивноrо rрадиента скорости при разлнчных температурах на разных капиллярах.
21" Различные экспеРИJ\Jlентальные данные (напрнмер, данные, характеризующие
тиксотропию, значение объемноrо модуля, эластичность и т.. д.).
22. rрафик: измененне плотности (2/С.м. 3 ) в зависимости от температуры (ОС) прн
различных давлениях (Kf /с.м. 2 ). .
23. Оп ределить константы уравнений состояния * (P+1ti) (V oo)==: 1<' Т.
Электрические характеристики
24. Фактор диэлектрнческих потерь при частотах применяющихся д.ля тер]\лооб
работкн.
Тепловые характеристики
25.' rрафик: изменение энтальпии (ккаЛ!К2) в зависимости от T rvInepaTypbI (ОС)
u
до максимальных значении TeI\tlnepaTYP, нспользуеЛ1ьrх на практике.
26. rрафик: изменение коэффициента теплопроводности (ккал/.м... tt'-ёрад) В зависи
мости от температуры (ОС) при раЗ.ТIИЧНЫХ давлениях для l\.Iатериала в TBep
дом и расплавленном состояниях. .
27. rрафик: изменение коэффицнента те;\'lпературопроводностн (M 2 /tt) в завнснмо-
сти от температуры (ОС) дл материала в твердом и расплавленном состояннях.
28. rрафик: изменение теплоемкости (ккаЛ/К2 ОС) в зависнмости от температуры
(ОС) дЛЯ материала в твердом и расплавленном состояниях,,"
29. ТаБJ1ИЦЫ значений скрытой теплоты (ккаЛ/К2) для всех фазовых переходов и
соответствующие значения температуры (ОС) или интервала те 1ператур.
11 ...
* C1\I. Sp е-п с е r R. S.t G i m от е G. D., J. Upp . Phys., 21,523 . 526,1950.
ТЕХНОлоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 611
10
QJ
' f
QJ
i
t:.i 10
..
10
.....
"")
,
,.-у I U
о'
"'"
о D....
121] v 5"
cP'U. b " r .,..,
= C fЧ J.J
ОТ .,. .....n..V11
.tQ '; O Lt(J
. J4, и
J''''' д tF
.,
......у
.р'
fO"'"
102 10 э
дсрфекmu{JнЫU 2,pa{Ji1eHт спорости
4qIJtR сеJ( --f
101.,
Рис. 1а. J;Iзменеиие f\rIаксимальноrо напряжения сдвнrа в заВИСИj\10СТИ оТ эффек
тивноrо rраднента скоростн (цифры. на .кривых iемпераiура в ОС)..
Внутренний диаметр капилляра .1,02 мм. L/ D==20.
"'
.()
.
Q::)
э-
s-Ш
(1)
10 111 103
Jффс/(тu6НIJIU ерааl1ент
скорости 4'l/d ceк. '
""
.
(.,)
"-
t;
.
10'"
1
,,
N '\: o
}..
,
, 1\
Q " .II
'
'"
у
i :.
. .
.1
,
\
.
Рис. 1 б. Изменение эффективной визкости в зависимоСти от эффектнвноrо
rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС). '
Внутрениий диаметр капилляра 1,02 )rM t LjD==20.
39*
]2 ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМblХ МАТЕРИА.ПОв
"'"
-
.. r
. .
2и'
ti
,
с 50
.а /оо
10--'
Di 200
""Ои
' '-
, '
10"! :
10и . 150 200 2fiO
: r Температцра, ос
,,-
Рис. lв. Изменение э:р:рективной вязкостн в зависнмостн от температуры
(цифры на кривых эффектнвный rрадиент скорости 4qJ1tRЗ в ceк. l).
Внуrренинй диаметр к3.пилляра 1.02 мм, L/D==20.
50
0,98
t;:]
;:r
f3 50
(j
<::)::::S
::::S
=t lf{]
::::S
30
20
;::S
::f
10
Qj
ЦЭ5
0,92
:t
0,89
t\)
tO,85
82
Ц79
9,'15
0,72
О 100 200
Температ!/ра, ос
о
\ \ .
.
0-
\1t
cv
О
!
10 102
JtptpeKIll1i8/-16/U. epaolief(m
с}(орос'!'и "-q/ЛR; сех....'
103
рис. 1 r. Увеличение диаметра образu а при BЫ.
давливании в зависимости от эффектнвноrо
rраднен-rа скорости (цифры на KPHBbIX темпе
. : ратура в. ОС). '.
'... .ВнутреННИЙ .диаметр_ . кацилляра 1,02 мм. LID 20.
рис. lд. Измененне плотности в
зависимостн от температуры
(цифры на кривых даВ ТIение в
KF/CM 2 ).. . :. .
1"
. . -
,
..
t
ТЕхнолоrИЧЕСК}-IЕ СВОйСТВА пЕрЕрАБАты1.д.Емьlхx МАТЕРИАЛОВ 613
1а
о 100 200
Температура, ос .
200
R[JЗ
I.\)
.
30
t
1:: 27
;t: )::
-: 21;
::t::,
21
:t: j
(
(50
120
:t::
..
t:
80
dS
'+о
/
I
о
(00 200
Температура, ос
980
Рис. lж. Изменение коэффнци"
ента теп.попроводиости в зависи..
Т\10СТИ от температурыI (цифры
на кривых дав.пение В Kr/CM 2 ).
460
0,55
.
. ,
., 0,50
q 5
0,40
е:.
,
qЗ5
ЗО о ШО 200
'. Температура, ос
l)ис. lе. 11Зf\lененне энта.пьпии
в З3ВИСi'lr\'10СТI1 от температуры.
t
E:
t::::J..> а
30-10"
с: '
.. з
2, 'IO
(7) 1. 8 'IO J
Q,J '
t:)
[1.1,2>/0 з
]
t") t:l 0.6'/0
) о 100 200
Температура t ОС
"'
I
r- .
Рис. 1з. Изменение коэффиuиен
та теТ\1пературопроводности в за..
ВИСимости от температуры при
давленин 1 ат.
...
Рис. .1 и. Изменение удельной
теплоемкости в зависимости от
теrvlпературы при давлении 1 аm..
.
614 ТЕхнолоrl-IЧЕСКИЕ СВОйСТВА rlЕРЕРД.БАТЫВ.д'ЕМЫХ lV\АТЕРИД Т'lОВ
ПОЛИАКРИЛА Tbl
-
Люцит 129 (Du Pont de Nemours)
П о л и м е т и л м е т а к р и л а т, т и п 6.- п о А S Т м
Плотность при 23 ос равна 1,18 2/СМ 3 .
Индекс расплава: 15 2/10 мин (ASTM DI238 52T при 230 ос; rpy3 Beco !
3800 с; замер течення начннается через 7 мин после заrрузки).
t..) 7 О
:t:
CU):
I
t:::
t::J
1O f
'I
)z-
t:j t.,) l7'
10 2 ta.A
10 ' , 10 102 103 ,о"
Эrpфектu/JIIЫЦ ерааиеllт скорости "qj'ЛR:се1f. '
..и:::
о :м
Jl.;oo 1.: ltC :иtС bO-"F
.., O U V
J .JT
:;(
7т "
,.У ,-rr
,..
,
105
Рис.. 2. ИЗ lенение Iакснмальноrо напряжения СДвиrа в зависнмостн от эффек"
TIlBHoro rрадиента скорости (цифры на кривых теi\ilпература в ОС).
Внут репиий диаметр капилляра О, 127 1 , 191 ММ. L/ D-==16.
10 1
t\I i
t..)
...:..
k:
..
.()
,o 2
(:) 11 ........
Ik;.....
t:s
10 3
-П")
10
180
1000
.
""""'"
"JIiIA......
..
10000
Рис. 3. Измеиение эффективной вязкости
в заВИСИi\iIОСТИ от температуры (цифры на
кривых эффек ивный rрадиент скорости:
4q/1tR,3 в ceK l)
внутреиний диаметр капилляра 1.1 9 ММ, L I D== 1 ).
200' 220 21,0
Температура, ос
260
1
п ........
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 615
....
..... 1
,
10'"
...
10"2
'0"'3
:::;
!
c"!'j 10 ... ч
10 f
...J"\, ..
... ()
'"'
... i"II
'" c:?OOo
,
"""'111
1"1",
i ,
В 1
. "'15i
OOo
F"'\
. "-
L. "'- *
...
и
"
.
""JC: '
, IOL
'"
""",
.
,
,
1 10 102 103 10!;
Зtptpектu8ныu 2ра8иент скорости 4q/.JlR; ceK.. {
105
Рис. 4. Изменение эффектYiВНОЙ ВЯЗКОСТИ в зависимости ОТ эффективноrо
rрадиеита скорости (цнфры иа кривых те1\1пература в ОС)..
ВИУl рении й диаМеТР каПИJ1ляра О, L 27 1 , 19 ММ. L I D:::= L б.
,,"? О
: .;.,
t')
:::r
('r)
lОО
Q !::)
tj ::s" 80
60
t:j
::,
tj 40
ct>C't.::)
:::s:O
Q.J
::7' :::s Z О
Q.J
ТТТ
I
,
ra
\
i
I
L
IJ
у.--...
)
" .",'"
о ;I
..",/(
",
...
о "'"
I OO y
/
..
l..,.o '"
.J.Т
()
f
,О 102
Зффектu{JнЬ"/.U ерадиент
103 104
скорости 4q/Я ; сеК.....!
105
Рис.. 5. "'величение диаметра образца при выдавливании в заВИСИ1\1ОСТИ ОТ
эффективиоrо rрадиента скорости при 200 ос.
Внутренний диаметр капилляра O,127 1.19 .мм. L';D lf.
. .
616 ТЕХНОJ10rl'1ЧЕСКИЕ СВОР!С'ТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ N\А'rЕРИ.t\Лов
1. 1
............ ---------<1
.
Люцит 130 (Du Pont de Nemours)
.
П о л и м е т и л м е.Т а к р и л а Т, Т И П 6 п о А S Т м
Плотность при 23 ос равна 1,] 8 2/СМ 3 .
Индекс расплава: 30 2/10 мин (ASTM D1238 52T при 230 ос; rpy3 весом
3800 2; замер течения начинается через 7 мин после заrрузкн).
10
Sl
:C
:t --
QJ ('\
f
"Q
t;.t::s
::s'V
C-)
f't)
C,)
...
15 J 'tI""
....
--
d') :а!
. ,.- ZOQ...... ...... ,......
1....11
.... о 1
., L. 2':J O ...
J l 't ' ?
/ :
(
l' ....
"., . :1= . I!
,1. _., + t--- 1--,. .
. ;. ,._. \... . ' .. .
"., .,. rl .....
.
i.l8 1111
L !
ifТ'
10 ../
103 !O
Ч q; :il R cel<. 1
,05
1 /0
Зtpфектu.Вныl) ерааиент
!02
с/(орости
j1 ис .6" Из.rvtенеlIне l\;lаксима.Jlьноrо напряжения сдвиrа в зависимости от эффек.
TIIBHoro rрадиента скорости (ltифры на кривых температура в ОС).
Внутренний .диаметр I{ЭnИЛЛSlра 0,81 А1.А1, L/D== 16.
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАтЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 617
,
.
,
/50.0
.т
.
. . .
.
itL
,,,",--
.......
.
,
2000
I I
,
.
,
I
. .
-
. .......
,
.
. 20а с -
.
.
J "'u
-
L
.
....................................... ,
-
"" ....... .....-
'"
............... ...-............... - .........................
(. IL
'"'" /0
.........
...........
"'" .. '"
,/
, /00
.
.., l
.
............
..............
1000
, li.... """(
.
10000 ... )
1 ......
............
.............
...........
"'
.
.J
!o !
....
<а
/0 2
.
::,
/о э
..
/50
200
Температ!lра, ос
250
}
.
I
. '"
10;1
"
('
,o 2
.
10 З
.
.<\3
"'
.,
I /0 /0 2
.. !
3ффектll6ныii ер0аuент
.
r .h... .....
I.J ..
Рис. 7. Изменение эффектив..
u
нои вязкостн В зависимостн
от температурь! (цифры на
кривых эффективный rpa..
диент скорости 4q/1tR'd в
ce,, l)
Виутрениий диаметр капилляра
],19 .мм. L/ D== 16.
-
.
.
/0
СНОр0сти
/0 /0 )
',с
4V ./t li' ceK. 1
Рис. 8. ИЗТ\1енение эффективной вязкостн в зависимости от эффеRтивноrо
rрадиеита скорости (цифры иа кривых температура в ОС).
BHYTpeH.IHH ди аметр капилляра O,81 .М.М, L/ D=::= I б.
618 ТЕхнолоrI1ЧЕСКИЕ СВОйСтВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕ:РI/lАЛОВ
.,....
,
Люцит 140 (Du Pont de Nemours)
П о л и м е т и л м е т а к р и л а т, т и п 8 по AS Т М
П 1]ОТИОСТЬ при 23 ос равна 1,19 ё/СМ 3 .
Индекс расплава: 5 z/10 мин (ASTM-DI238 52T при 230°С;"rруз
3800 с; замер течения начииается через 7 мин после заrрузки).. .
в есо l\t
,
r
n
.
...
70
t'OII
iiJ:
!
с:: k: f
tJ
o-.
,
tj tj 10
t: C\J ·
::!
t1U
о
Y3 1 J
.......,.. О
.JA 2&0
{1.
rж 3 .11J
tr!
rп
JI
i
\
"I"l(
10 -- Z
10 '
'J
.
l 10 102 103 'O 105
Эффеlfтu{Jныu f!padue!lm скоростц "qj1iR cex. '
Рис. 9. Изменение l\Iаксимальиоrо иапряжения сдвиrа в зависимости от эффек
ТJ1виоrо rрадиента скорости (цифры иа кривых температура B ОС).. J
Внутренний диаметр капилляра О,. З56 1, 1 9 ..мм, L I D== 1 б.
(\J 10"1
10 2;
'5 ;&н;; M 1 .
[' '"
"""
c?..PG?)
,ll
26'0 с '"
.
2a()t1r
--
"'" "
- g
..... "" .. ...
;и
*-
...
"",
Fg
1(1-- ?t
v
t
1{ТtA
&
10 5
10 ' 1 70 102 103 10" 105
Эффектu!Jныи врааuент скоростц 'щ/JlR ceK. '
#
w
IJис.. 10. I--Iзменение эффективной вязкости в зависимости rот эффеКТИВ1{оrо
rрадиента скоростн (цифры иа кривых температура в ОС).
Внутренний диаметр капилляра O,356 1, L9 ..мм, L/D==lб.
ТЕХНолоrИЧЕСКИЕ СвОйСТВА ПЕРЕРАБАТЬ1ВАЕМЫХ МАТЕfJI1АЛОВ 619
10....,
..... .
.......................... ........ . ....................... .
. - . ....................................
,
t.J
Q.)
(.)
. 10
10
(00
1000
...
.а
(..) ....
с;:)
,
,
1() ]
::::s
е:
!
"<"':)
10'"
10000
JOО
225 250 275
Температура, ос
Рис. 11. Измененне эффективной вяз..
кости в1зависнмости от температуры
(цнфры на кривых эффективный rpa-
диент ,скорости 4q/тtR3 В ceк. l).
Внутренний диаметр капилляра 1, L 9 .мя.
L/D==.16.
3,50
@-
f....J
g, 3,31
1
. 3,IЗ
Z,9
c:j
2,76
::::S
::r
:::s
9- 2,58
S
c't)
2,39
О
50 100" ,50 200
ТемператУРОI ас
Рнс. 13. Изменение коэффици"
ента темпераТУРОПРОБОДНОСТН Б
зависимости от температуры при
давленни 1 ат.
..
" I 1. ' 8
'411
0,1*9
0,119
::::s
;:r '"
[ 0,089
E:L
0,0590
50 100 150 200
Теипtратgра J ОС ·
Рис. 12. Изменение коэф"
фициента) теплопроводности
Б завнснмостн от темпера..
туры при давлении 1 ат.
10
I rt:;)
0,90
,
IJ.70
. 0,50
5
0,30
" О
.
о
50 ,00 !зО 200 2з(!
Температура, ос
Рнс. 14. Изменение удельной
теплоемкостн Б завнсимости от
, температуры при давлении 1 ат.
620 . ТЕхнолоrlТС:IЕСКИЕ CBOI/fCTBA ПЕРЕРА.БАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
ПлеКСИfласV 100(Rohnl а.. Haas)
ПОЛИметилметак илат
.
Плотность при 23 ос равна 1,18 ё/СМ 3 .
Пластификаторы или наполнители отсутствуют.
ВеЛUflUНЫ К' u (1.'
Температура
ос
к'
п'
Диапазоньr: rрадиеитов
скорости, для которых
определенЫ зиачени я
К' и п'
се к. 1
150
170
190
210
230
20,3
3,95
0,92
0,29
0,046
0,251
0,370
0,441
0,451
0)654
2 80
2 . 80
2 - 80
2 - 80
2 - 80
.. 0 2
:(:1
C'.J
,
..
r
I I
,
........
'"
"
.
:z,
., F 1ftOo .
...
....з
Q:
,
-q
t:t (О
t\)
:.,
с,,)
tJ
::;,
1
tj
.,
...01:.,.
.....
u
7'\
. ...
,,
д
1; 700
T
f ......
...
.. 900
.......
........
'Т
...
U"
...........
L..aIO"'"
U
........
"
}
..,,'
I . 100....
Q..)
.()
t..J
t] 70..1
1 lО
ЭффектиВны u 2яаrJl1ент
ч '1;JfR! ceK. 1
....
r
у
d
....L
? ЗОО
4 .1
Z
ff
V
r-
);:
...,
\
102
скорости
Рнс. 15. Из ленение 1аКСИl'vIальноrо напряжения СДВНrа в зависимости ОТ эффек"
тивноrо rрадиента скорости (цифры на l<рИВЫХ температура в t'C) ,
I3нутренний ДиамеТр капилляра 2,54 ММ, LfD===3,8.
fЕХJiолоrИЧЕСt<ИЕ CBOI'ICTBA ПЕРЕ РАБА 1 ЫНАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 62]
.
. ...d
...
.........
....
а
CJ
t:>
10 '
:::1
.
s..
fO а
150
170- 190 210
Температура, ос
230
t::s ,O 1
:::з
10 2
, 10 102
ЭффектиВный 2.p"aauCffm
скорости "q(ЛR; C If. 1
I
f
.
...I.
o
"'"' ,.,. L <' .
. -
. .
а
'" -'700
.....
.
/ Oo
....
....
1"" ...... 1\-
""tJ.",
Q VO ""
..... "'-
.
л ..... . <УОО "
, ,
.....,
.... ,
"' ....
"""-J
"'
10
.............. JI
, ",...
C\I 10
::t
(.)
с.)
&..:..
-
1
\..)
t:)
t\1
:t
с,,)
-
,
с.)
L:..
f
РИс. 16. Измененне эффективной вязкости в
зависимости от температуры (цнфры на крн'"
вых эффективный rрадиент скорости 4q/7tR. 3
В ceK l).
Вilутрениий. диаметр капилляра '2,54 мм, L/D..З,8.
Рис 17. Измененне эффектнв-
u
нои вязкостн В зависимости от
эффективноrо rрадиен а CKOpO
сти (цифры на крнвых темпе..
ратура в ОС). I
ВНУ1'реНilИЙ диаметр капилляРа 2r 'I "ttAt,
: l /D==3JB. .
.
. ,.
!
-.
az
1,ZO
18
t\)
16
Ы 1,1'1-
l.e
t::: 1, 10
1,08
О
.
о-
895 ..
..................
...........
18
. .
.
100 200
Температура, 0('
Рис. 18.. Изменение плотности в зависнмости от тем'пературы
(цифрыI на кривых давление в KrIC.M,2).
Внутрениий диаметр капилляра 2, 54 ..м. L/ D==3,B.
622 ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕI\1.ЫХ МАТЕrИА1. r IОВ
or
.
Плексиrлас VM 100 (Rohm а. Haas)
',,:::: .С О II О J1 м е р н а о с H О B е м е т и л м е т а к р и л а т а
. Плотность пр.и 23 ос равна 1.19 е/см 3.,
: Плас.тификаторы ИЛ Н наполннтели отсутствуют.
Величины К' и п'
иапазоны rрадиента
Температура скорости, для которых
К' п' опреДелеиЫ зиачения
. ос
К' и п'
сек 1
J LI
150
170
190
210
4,4
1 . 17
0.29
O 07
0,376
0,411
0,500
О '570
2 80
2 . 80
2 80
2 80
.
co2
k:
,
'
а 10
, 1\1
CtS.
(..)
!
. 1
']Е
- Q;
IO '
.ос)
(,)
fO 2
. 1 Ю ю&
, 3lfJф ти6l1ыti 2fJuDиeHт
..., скорости '//!tR! C81f. 1
н о
JJ1k ,
, 00
l.'O
т .р
ff
.2tl
.
'"
.;
10
1
,
...
.(:А
Q
10"-'
q;:)
rt:
t1
10
G
10 З
150
'&
170 790 210
Температура, ос
230
Рис.. 19. ИЗJ\Jlененне макси..
мальноrо напряжения сдви-
ra в завнсимости от эффек-
тивноrо rрадиента скорости
(цифры на кривых темпе-
ратура в ОС).
ВнуТренний диаметр капилляра
2.54 мм, L/ D==3,8.
Рис. 20. Измененне эффективной вяз-
костн в завнсимости от температуры
(цифры на кривых эффектнвный rpa
днент скорос'rИ 4q/1tRЗ В ce,, l).
Внутренний диаметр капилляра 2,54 М.М.
LfDr=38.
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 623
..
4
7
cu
а...:...
°N
,
..... l
...
"'"
OQ
10".r
rt
@ 10 J
O
....
n
r".....
'O..tI.
.,
....."- / /00
.......r---.
s-Oo
"'"
.
IY\.
,
2rt
......
"""'fl..
/0
""О о
'tI...
""'I1IiO..
f'"
"i.:
"1..
,, </
""\J" v" О
'\.
OO
с")
)
10
I 10 102
ЭфtpектlJtJниu 8poOueнm
скорссти t,q/HR: ceк. '
Рис.. 21. ИЗ 1:енение эффективной вязкости в зависимости от эффективноrо
rрадиента сКорости (цифрыI на кривых температура в ОС).
Внутренний диаметр капилляра 2,54 .мм. L/D==3,8.
.
2Z
20
/8
l'tI)
!:
f6
с'\)
о---.
о-- .
...........
...
/4
/2
.
' fO
08
Об
О
'-....
-"'--.
.
18
'00
Теl!lлераlJJgРfL, ос
J
200
Рис" 22. Изменеиие плотности в зависимости от температуры (uифры на кривых
давление в Kr/CM 2 ). '
.6,24
TEXHOJIOfYlLIECKI1E СВОйСТВА пЕрЕрАБАтыАЕмыыx j\1АТЕРИДЛQВ
,
... ...
Плексиrлас VSIOO (Rollm а. Haas)
Сополимер на основе метилметакрилата
Плотность прн 23 ос равна 1,19 2/СМ 3 .
П.Тlастифнкаторы или напол'нитеJ1И отсутствуют.
ВеЛUt{,UНbt к.' u п'
. d.
., Диапазоны rрадиентов
I
'TeMfIepaTYpa I скорости, для иоторых
К' n' определены значения
ос
I К' И п'
j
ceK l
1...
t
]50 2,92 0,335 ! 2 80
,
170 0,68 0,430 2 80
t
190 О, 166 0,514 I 2 80
,
[
210 0,029 0,722 I 2 . 80
. I
\
.
10
. .-)
.....
o.a
tj:C
.«:;
f
.
.ас::(
t:ij
;:,
k: 10'"
c.;
.........
.;j
IJ' OO.
4-:
.
.......
Y'
..... 00:
1.,..
.
;р IJ'J
"""
,.. ( 1900
,..
u
r
% JII"""
LY"
, "" 2100 :
, :А--
ТУ'
...,
"v
Z2
1
1,20
7,18 о- 13*5
.
,
1,16 895
о..--... .
..
. 1"
с:..
Е: 1,12
-С)
t: 7,10 18
-
I
7 Ю ю 2
Jфф ек rn u 8Н61U лааuент
скорости qJЯR ceK. '
1,08
1,06
О
100 2{)()
Температура, ос
РИс. 23. Измененне максимальноrо
напряження сдвнrа в зависимости
от эффеКТНБноrо rрадиента скоро"
сти (цифрыI на кривых темпера м
тура в ОС).
Внутрениий днаметр капилляра 2,54 .мМ.
LfD -=. 3,8.
Рис. 24. Изменение плотности в
заВИСИIvl0СТИ от температуры (циф..
ры на крнвых давление в Kr/CA(2).
ТЕхнолоrИЧЕСI<ИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕ lЫХ МАТЕРИАЛОВ 625
_ l
1
?з 10
,
;:з 10
.10
...
1...
.
r
.
.
01
1
,
...
10 t
с:::.
10....2
а:
oi
Itr
150
6'
б' '
..p
.
170 190 210
Температнра, ос
230
Рис. 25. Измененне эффектнвной ВЯ3КОСТJI
в завнснмости от температуры (цифры на
кривых эффективный rрадиент CKOpO
Сти 4q/7tR 3 В ceK l).
ВНУТренннй диаметр капилляра 2,54 ..мм, L/D 3,8.
I
.q
f=IE'
.
o .
о
-'\.. ,
""-,
1
. ... ;">0
с
""" ....
... " lrIO...
gs ;{ОО т
r"
'"
""'u..
nJ . 211)0 1'oi
..... ...... .....
'Ir..
.21
2300
L
.
""'-1.1.-.;;; N...
.
..
Рис. 26. Изменение эффективной
вязкости в зависимОСТИ от эффек
THBHoro rрадиента скорости (цнфры
на кривых температура в ОС).
ВнутренниЯ диамеТР капилляра 2,54 мм.
L/D==З,8.
1
10 ю 2
ЭффектlJ!J.ныu Вр"адиент
скорости 41/,/1(1/3,. сеК.... ,
.........
r
,
40 Переработка термопластичных матеРИВЛО8
626 ТЕхнолоrИЧЕСI<ИЕ свОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
....
Имплекс А (Rohm а. Haas)
Модифицированный полиметилметакрилат
Плотиость при 23 ос равна 1,11 е/см 3 .
Пластификаторы или иаполнители отсутствуют.
Величины К' и п'
Температура
ос
к'
п'
напаЗ0НЬ[ rрадиентов
СКОрОСТИ 7 для которых
определены значения
К' и п'
сеК ....1
,02
QJ
b 10
:z: -
--..J
Cb
1
t.)::J
k:
150
170
190
210
230
12,45
3,64
1,54
0,79
0,475
01378
0,343
0,351
0,343
0,392
,500
rт I '
r"Ii"I I-o
1700
л I
... '1900 =
....
.Q "" Io"""f
2100
("')
r J .
.J." п 2з'00
,..
L.o
.."..
-о ...J7"'
"-J
C'II 10
&..:..
.,.,
ос)
1
:::s
10
1 10 . 102
Эффl!кти{Jныl1 ;eailueHm
скорости "Ч/Д'!?! cel(. 1
.
2 80
2 80
2 80
2 80
2 80
:,
'-о
rir
"?
..... u
.900
, "
)
O '"
11 I ..ybo'
...
.....
-о
1 10 102
Эффектu6Н61U врадиент
скорости 4'l/ЛR cel(. '
Рис. 27. Изменение макс имальиоrо
наПРЯ2Кеиия сдвиrа в зависимостИ от
эффективноrо rрадиеита скорости
(цифры иа кривых температура в ОС).
внутренний диаметр каПИлляра 2.54 .мм,
L/ D ==-3,8.
Рис. 28. Измеиеиие эффеКТИВИО(1
вязкости в зави сим ости от эффек'"
тивиоrо rрадиеита скорости (циф-
ры на кривых температура в ОС).
ВнутренНИЙ диаметр каIШлляра 2.54 J,IM
L/ D==3.8.
.r""
627
,
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВойСТВА ПЕРЕРАБАТЫвАЕМЫХ МАТЕРИАДОВ
......
"'""'
10
t:
i
k:
...
.о
Е t
C.J
ot
'IQC)
10....,
Q,)
е..
150
... ......
.1
б 8
по 190 210
Температира, ос
230
Рис. 29. Изменение эффектнвиой вязкости в зависимости от температ)rры
(цифры на кривых эффективный rрадиент скорости 4qjпR 3 в ceк, ]).
Виутренний диаметр капилляра 2.54 мм, LJD==3,8.
16
1,14 '"'
о)
f2
{O
... 1346
..а
1.08, 895
1
O6
360
O,
J
O2 18
50 100 150 200 250
lёмпер а тура , ос
Рис. 30. Изменение плотности в зависимости от температурЬ1 (цифры иа
кривых давление в "rjCM 2 )..
1,00 о
40*
628 ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕI>ИАЛОВ
.
""" ..........----
"""""""1 1
.
цЕллюло3ны.. ПЛАСТИКИ
Этоцел 856 (Dow Chemit-.al)
Этилцеллюло за
..
.Коэффициент температуропроводности в интерв але температур 163
260 ос равен 3,42. 10 4 м 2 /ч.
iiC\l
1
--..J
CU
t:L
.()-q
a
.' t: С\)
::S
tj t.з 10--1
1
ЭфtpектuВны/J
,
.
.
о
11 () ; о . 00
19Q. );;; 2' ;;(. .....
... ....
....... r
- ,;;d ... Э
.
OO п/
r
::о.а.
/ V
.... r
/
Y1
DL. . .А1.
I
[Т.
10 102.:. 103
ерааиент скорости "q/ } Ifl cex. 1
Рис.. 31.. Изменение максимальноrо напряження сдвиrа в зависнмости от эффе{(
тивиоrо _ rраднента скор ост н (цифры на кривых температура в ОС).
Внутренний диаметр капилляра 1,016 м..ч, L/D 12,5.
ТЕХНОJl0rИЧЕСКJ..IЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕIJ1-1АЛОВ 629
-
.......,
Рис_ 32. Изменеиие эф..
фективной вязкости в з'а
ВИСИIYI0СТН от теf\,lпературы
(цифры на кривых эф
фективный rраднент CKO
расти 4q/1tR3 в ceK l).
Внутреииий.... диамеТР ка пил JIяра
1,016 AUt, L/D==L2)5.
10"3
125
.
14
):.
G
.
:ас
· 10...2
!о
"J
..
.
.
I
15fJ 175 200 225
TeHпepaтYPOf ос
250
с.,)
1...:..
k:
.а lo 2
Е:
u
о
ь)
.
D:::
t3
:t:
:::s
t:
10 3
S.
а) 10
,
к1..
...........
Oo I !
,
, ""'- l'
! /' N
r \: J?Oo .
I !
J .......
"""(... " .
..
. ::t:: з
'"""1 ...
'1c ._ ! _.. .
/7.
.700 ""': -.: I
n.. .. J j I .
-
! .... 1 Щ
f .)5:. .
............ I
.... ,..
"'" '-'
ь
......- "1
2 .JO<J ""- .... .
'т ...
....
"""'\ ""'11.....
I tI. .,
"т\..
t " ....
, .....
'-,.
L.J
10& 103
",9срсре,,< ти Оный 2ра ииент
скорости 4q/ЛRз, ceK. 1
Рис. 33. Изменение эффек
u
тнвнои вязкости В завнсимо...
стн от эффективноrо rради..
ента скорости (цифры н а
крнвых - температура в ОС)..
ВнутренниЙ диаметр капилляра
1,0 lб М И, L/D == 12,5..
.......
630 ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ CBOI/fCTBA ПЕРЕР. DАТЫВАЕ 1.ЫХ МАТЕРИАЛОВ
...д.
.
Тенайт.ацетат 036 H2 Eastman СЬею. Prod.)
Ацетат целлюлозы
Плотность при 23 ос равна 1,28 Z/CM 3 .
П"ТIастификатор: орrанический сложный эфир.
Индекс расплава: O, 7 2/10 мин (ASTM D1238 52T).
10
t:s
cu
с.з
QJ
;t
g 1
:t: ..
...,J;
CIJ
"
/
о
.
n:J
u'llJfY
:r
rr
:>
D
,,\\ ..rf
I> У
.
-
,
,
.
то-. 1
1 10
Эlflф8/(тlJDныli apaOlJelfm
102
аl{орости
10"J
I,.q/JlR ceK 1
101,.
Рис. 34. Изменение максимальноrо напряжения сдвнrа в зависнмости от эффек
тивноrО..."rрадиента скорости (цнфры на кривых температура в ОС).
ВНУТРенний диаметр капилляра 0,483 ММ, LjD:::;.9.
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОPlСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕрИАЛОВ 6d
3
'
.
CJ
;
ct5
ct5
10'" Z
150
175 200
Температура, ос
225
Рнс. 35.. Изменение эффективной вязкости в заВИСНf\,10СТИ от температуры (цифрыI
па кривых эффективный rраднент скорости 4q/7tR.3 В ceк: l).
Внутренний диаметр капиллЯра 0»483 .мм, LfD===9.
l3
10""
'"
j1
::!iiII
7.900
.......
...
..Q
1O Z
10 3
9-
10
....
"
L .;
I ,... ......
i OG. /Oo ... ,
...., ...
......
........
......'
s
1IIIii;;
.... '1.
.....
-Ч:"'-
.,l...
""--
102
Эффекти8ный
103
ерадиент скорости 4q/ЛR; сек. t
10"
Рис. 36. Изменение эффектнвной вязкостн в заВИСИ IIОСТИ r от эффективноrо
rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Внутренн:ий диаметр капилляра Ot483 мм, LfD==9.
t63: ТЕХНОЛоrИЧЕСК,I:IЕ СВОР!"СТВА пЕрЕрАБАтыАЕl\1ыыx l\IATEPI-IА.ПОВ
.
Тенайт ацетат 036 M (Eastmall Chem. Prod.)
Ацетат целлюлозы
Плотность прн 23 ос равна 1 ,28 2/СМ 3 ..
Пластификатор: орrаннческий сложный эфир.
Индекс расплава: 4,8 c/IO AtUH (ASTM D1238 52T).
1..-:
10
...
---J
.
t:l..
-<J
ft:)
t".
. f
t::5
10--'
,
1680
J
1'1'
.
790
!(
2100
J .
rIir
d
)
1
.
.JI.
,.....
...
.....
L r
j
I
,
f
i
\
, ,
.
.
I
,
.
j
. 1
I
l
.
I ,
r
I
.
.
r
I
.
1
10 10 Z 103 10.
Эффектибf1ы(J ZpaaueHт скорости It Q/J1.R; сск.-- 1
:Рис. 37. Изменение макснмальноrо напряження сдвиrа в зависимости от эффек.
. о
тивноrо rрадиента скоростн (цнфры на крнвых- температура в С).
Виутренний диаМеТР каrrилляра 0.438 мм, L/D-:==9.
ТЕХНоло,rИЧЕСКIIЕ СВОйСТВА ПЕРЕrАБАТbIВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 6;l3
..
......... .,
I
10 E , O . ._ ...
:t:
Q.)
t..J <cf"o.
.
....
..Q 000
:.>
<д()о
::j 10"'3
.1'ооо
QJ
-s.
150
п5 200
Температура, о С
225
Рис. 38. Изменение эффективной вязкостн в зависимостн от темпераТУрI)1
(цифры на кривых эффективный rрадиент скорости 4q/тcR 3 В ceK l).
10--2
.
u
t)
:t:
tlt)C\t
:t
- t.) 1a 1
ts
cu
C
Q)
I
CI5
.\ ""'
"'Jo..
.. ()O
'"'1 .... '""Qa..
2.10
""'Ч....
<1
10 1,
Ю W З
9ффектидныIJ 21!аоиент скорости
*q/Л н: cel(. 1
-
10"
Рис, 39. 11зменение эффектнвной вязко ти в зависимости ОТ эффектипно!"()
rрадиента скорости (цифры' на кривых ' температ ура в ОС).
ВнутрепrНIЙ диаметр капилляра 0,483 AlJJ'I, L/D CJ.
634
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕР:\БАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
.
.
ТенаЙ1' бутират 205 H2 (Eastman Chem. Prod.)
Аuетобутират целлюлозы
Плотность при 23 ос равна 1 21 с/см 3 .
Пластификатор: орrаннческий С.ТIОЖНЫ.Й эфир.
Индекс pacn.rraBa: 0,25 c/IO fttUH (ASTM D J 238 52T).
.
,
10
.
.....
......:J
tt::
t:S
t\)
сь f
t:
.
А. ,
..
(:)"
:::.:
i:f
':t:
10"1
f
.
'900 ... 2100
.... d .
,
:J
) 2300
'" п
LJ. . L'
..... LJ""""'""
.. .....
.00 т
L-'
" ,CIf
r
;)
О
r r
-
.,
r
j I
.
10
Эrpфск тиВиый
10Z
2(J00uCHf!1 скорости
.
103
"q/ ЯR ceK. 1
10.
Рис. 40. ИЗ1\.1ененне максимальноrо напряжеlIНЯ сдвнrа в зависимости от эффек.
тивиоrо rрадиента скорости (цифры иа кривых - температура в ОС).
Внутренний Дl-i.аме1'р капилляра 0,483 },{Jlt, С! D ==9.
ТЕхноil'ОrИЧЕСКvIЕ GBOllCTBA пЕрЕрАБАтыIАЕl\J\ыыx МАТЕР1IАЛОВ
635
..r _ Llr...
10 '
3
-с
.h. ) .........&....
4'8
?()о
"""
...
'с:
10"':
::s
.
'1
в:
Рис 41. Изменение эффективной
вязкости в зависимости от темпера
туры (цифры на крнвых эффек
тивный rрадиент скорости 4q/1r.R.3
В ceK.....l) .
Внутренний диаметр и:апилляра 0,483..мм,
LjD==9.
'o J
150
175 200
Te,.,п paт!lpa, ос
225
о-а
10
(,J
L.:..
.
1
.
. {900
I f-.--o-
..11.. ....
/Oo
'....."1-
. .
.
2300 .........
...,. J...
.2 "
""" ""t:L .... 'L
..
:!IIt.
"""11(
3
2 3
-
ос)
8
:; 10"
10 10
3lpqJeKтu8НbIIl ерооиент скорости I,.qj11R ceK. '
Рис. 42. Изменение эффективиой вязкости в зависимости от эффективноrо
rрадиеита скорости (цифры на кривых температура в ОС).
внутренний диаметр капилляра 0,483 ЛfМ, L/D 9.
,
cg
.R fO
10
636 ТЕхнолоrИ4ЕСК11Е CBOI/fCTBA пЕрЕрАБАтывАЕ.Ivlыx .\\АТЕРIIАЛОв
.
L
т
.Тенайт..бутират 205.. MS (Eastman Cllem. Prod.)
Ацетобутират целлюлозы
Плотность при 23 ос равна 1, 18 Z/CM 3 .
Пластификатор: орrанический сложный эфир.
Индекс расплава: 2,5 с/10 мин (ASTM DI238 52T)
...
.. 10
--...J
,
Q::.
q
ts
QЭ
QJ
1
QJ
"
:::s
с'-.)
10--1
1
..
""'...
........
.
,
"
. ..
\.
-(, '
,
.
t! (900,.,
J.hI '
"
.. .....
. ..... .,... ...ст .
..IТ ,
.1
'.
"
, ,
.
'''!
,.
.
, t
.
""
-
" .
"
,
..Lr"
,...
.
z!
..
-
-
)-
..
. ,
I
,
t
r
'..
J
...
.
,. ,
..
.
i
.'
10
Эффект и 8ныи
102:
еради ент . cliopl)cтu
.::j03
* rf/i(R cel(; . t
104" ,
Рис. 43. Измененне маКСИf\1 льноrо напряжения сдвиrа в зависимости от
эффективноrо rрадиента скоростн (цифры на кривы1x теl\fпература в ОС).
Внутренний диаметр капилляра 0.483 ..им. J.ID 9.
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 637
01 ю-- 2
" сР$о
..
$00
1000
ос:
..3 J>$OO
10
$о<?о
ct
150
175 . 200
Тенператира, ос
225
Рис. 44. Изменение эффективной вязкости в зависимости от температуры
,(цифры иа кривых эффективный rрадиент скорости 4q/тr..R3 в ceк: l).
.Внутренний диаметр капилляра 0,483 М.М, L/D==9.
....
.()
с.)
-с
q:j 10 ....
Q::).
:з
10
102
Эффеffтц6Н61U
CQ .-
10."
(,J
t...:..
21 h....
.
.... :ts(
110...
...
.
.... L ""'11 i
lIIii:
19o o
I..
.....
3 r ......
.
... .., ),.
<
- ,
.-
13
10
враииент
101,.
CKOpOt:тlJ Ч-q/JiR; ceK '
Рис. 45. Изменение эффективной вязкости в зависимости от эффеКТИВIIOI"О
rрадиента скорости (цифры на крИвых теМпература в ОС).
Внутренний ДНа1\fеТр [{апилляра 0.483 ММ, LID 9.
63.8 ТЕхнолоrИЧЕСКуIЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
'1Т"1i1
.
....
Тенайт пропионат 307..Н (Eastman СЬеш. Prod.)
Пропионат
.,.
целлюлозы
.
Пol'10ТНОСТЬ прн 2З D С равна 1,2 еJсм,З.
Пластификатор: орrанический сложный эфи.р.
ИН,декс расплава: 3,7 2/10 МИН (ASTM DI238.52T).
10
х
...
"3
Q::
t:l..
<1
t:s
::::r
...
с.)
cu
f
Q)o
,
. ;
g
:t:
сь
..Q
Е:;
'::3-
CJ
k:
°ts
....
.
- -
.
,
.
-
. '\ tf
.
,
.
,
-
- ZIUO
.
....1 .r
...... 2300
...
1- Т
Lr
.r."
.
. mш? ....
.
.» ,.
--l .
"
,
'о .
,-.
о
-
- J
,
-
, .
10..1
10
. ЭффектUlJff6lU
10 '. ...103 (ОУ
2fluOueHт. скорости *qj7iR; ceK.. 1
Рис. 46.. Изменение макснмальноrо напряжения сдвиrа в зависимости оТ эффеI' .
тивноrо rраднеНта скорости (цифры на кри:вых - температура в СС).
Внутренний диаметр капилляра 0,483- мм, LjD==9.
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
639
....А Т
10"%
C\I
€
L.:--.
:t:
о
...
.а
е:
с.)
о)
ft) 10" З
tt
t:J
€
J'a
oo
<4'а
J'"a
(?о
.
10"14
150
175 ЕОО
Темпера"!!lра, ос
225
Рис. 47. ИзменеlIие эффективной вязкос"ти в завнсимости от температуры (цифры
на кривых эффективный rраднент скоростн 4q/7tR3 В ce,, l).
Внутренний диамеr"р иалилляра 0,483 мм, LJD==9.
" .10....2
,.'М
т 1.
,
..... ...
. 7900
-,;.... .... 1.
""""' .
3 \.
s L
l?o ....
- 2cJ{)o
'
10 З
.
epr;z"iJueHт
10"
СНО ра Cтl1ltq,l11Rf ceK: f
lI'It
.о
с,)
eq
Q: l; io
Q:)
:::SCj
a.:..
ct
10" "
102-
,
3ффекти 6HbIi1
-....... . ........ -..
Рис. 48.. Изменение. эффективной вязкости в зависимости от эффеКТIiвноrо
rрадиента скорости (цнфры на кривых температура в ОС).
Вн:утренний днаметр ({апилляра 0,483 .мм, L/D==-9.
640 ТЕхнолоr'ИЧЕСКИЕ СВОйСТВА flЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАJIОВ
.
Тенайт пропионат 307 H5 (Eastman СЬет. Prod.)
Пропионат целлюлозы.
.
Плотность при 23 ос равна 1 22 2/СМ 3 .
Пластификатор: орrанический сложный эфнр.
Индекс расплава: O 25 2/10 мин (ASTM D1238 52T).
10 1
1
10
::::s
с,,)
ц,,)
QJ
,
c:s , 1
.
:
-
О 00
\O ,
ZЗ d"1
1 '1
' r
.....
""
r ..iU
I:
j .r
T -
z.r -..
П' '-- .
<
I
,
,
I
10
Эффеlfтuf}ныu
102 103
ерадиеню скорости "qj!iR ce/(. 1
104 .
,
j)ис. 49. 11зменение максимальноrо напряжения сдвнrа в зависимости от эффеl '"
тивноrо rрадиента скорОСТИ (цифры на кривыХ температура в ОС).
. ВнуТреННИЙ диаметр капилляра 0.483 .мм, L/ О==9.
ТЕХflолоrИЧЕС:КИЕ свОйСТВА пЕрЕрАБАтывАЕмыIx МАТЕРI АЛОВ 641
.l1li'1 .......
................... ...............
10 f
"
"-
с."
t..:..
:t:
...
..()
(0....2
ct:)
CI;:
t::s
.
,
I
I
i:j.
(;>0
.
10"
175
.
-200 . 225
Температура, ос
250'
Рис. 50. Изменение эффективной вязкости В заВИСИJ\ЛОСТИ ОТ теrvlпературы (цифры
иа кривых эффективный rрадиеит скорости 4qj1tR3 В сек....!).
Виутреиний диаметр капилляра 0,483 ММ. L/D;:::.9.
10'"
10"
102
...... ......
.
:z..
<?"Oo
.....1.....
Oo
3 f
I
ct:)
10
.e;
;::S
,
в
as
:
.(
- ..
1. . .
103
ЭффектиВныи l!l!otlиeнт
скорости +'1/J1H: celr. t..
Рис. 51. Изменение - эффективной вязкости J в''-' зависимости ОТ эффективиоrо
rрадиента скорости (цифры на I{РИВЫХ температура Б ОС).
Виутреииий диамеТр каПИлляра 0,483 "ИМ, L/D=:=-9.
41 Пере р а батк а терма пл 8СТИ Ч НЫХ м а тер иа 1 ОВ
642 ТЕХ] ОJIОI.1'1ЧЕСКI1Е СВОу[СТВА llЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
т
.....
rlОЛИДМИДЬI
Пласкон найлон 8201 (Cllem. а. Dye Со.)
п о л и к а про л а к т а м, или н а Й л о н, тип б
П.потность при 23 0 С равна 1,13 2/ CM "J.
СредневесовоЙ r\10", lеку.пя рныЙ вес, определенный меТОДОivI светорассеяния.
J4 000 - 40 000.
СреднеЧИСJ10ВОЙ !\10 1екуляр ный пес, определенныЙ по характеристичесКОЙ
gязкости И.1Н Л1етОДОi\1 концевых rрупп, lts 000 22 000.
ПлаСТИфИJ(аторы ляrчители или наПО i(НИ1ели отсутствуют.
70
cut'4
c::
1
> ..
.......]
Q.)
ce:
tjq
C::S
1O ,
7
оТ
.... lIf
.. I7
..,
J!t> "
T f' '"
О 1" ""'.J"J1 О
'LЗ I r W О
11 u r O I
...,jJ'"
у
(7
..,..., [-Т '"'I-J
и O
r<r"JJ СТё '
D' I..Т"""
. r:r
J,Тrт
:l ,J
l... 1i
'"
...
Л Л" " J
7' .
и:
А Отт:.
l....
10 102 70 3 lи"
JффеlfтиОныи араllиент Сlfорости 4q;7(H ce/{. 1
.
Рис. 52. ИЗi\1енение максимальноrо напряжения сдвиrа в зависимости от эффев"
тивноrо rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Д БНУТреииий диаметр капн:лляра o ,l] .ИМ, LjD==20]
О » » » 2,54 ММ, L/ D 15
v » » » ] ,27 мм. L/D 20
ТЕХНОЛОI"ИЧЕСКИЕ CBOI/fCTBA I1ЕVЕРАБАТЫi:3АЕМЫХ МАТЕР l/\ЛОВ 643
м
.......
.,....
.
с\а
r..,)
,
10
t.,)
t.:.
т '
2 \
... 2.]. ,'
L..17 '\L1Т':L
u"
4 ,I '\ J'
260 (
.... .....
J p. LijlU" U' " '-
""
:).("\, I
I
281 О ..... "-" ( "
........
J '..., r 1...l"'l r.....r"J / "'- .
.... U.T ..11. а , '" ...,....
.n .
.. "l
""(
'" ---- I
'..
,
; ...
......
.
i
.'
-о
(:)
:::::s
10'"
10
102 !оз {и"
Эффе!(тu8ный. ерадl.lент схорости 4q/JlR/ сек:'
Рис. 53. Изменение э:рфективной вязкости в заВИСИl\10СТН ОТ Эl\JФеl(тнвно[rl
rрадиента скорсстн (uифры на кривых теf\лпература в ОС).
Д внутрениий диаметр капилляра 5, 11:'M.14, L/D 20
о » » » 2,54.:., мм, L/ D =z, r 5
V » » ... 1,27 'мМ, L/D 20
..
ос
IO 3
::::s
Qj
75; 'о
2"О 250 26О 270 280
Температура. ос
ис. 54. Изменение эффектнвной вяз
ости в заВИСН1\IОСТИ от теI\1пературы
(в,ифры на нривых эффективный
rраднент скорости 4q/тcR3 Б ceK l).
.
<
-=:
&..=..
41 *
',01
J
-
I'\...
...........
1-
""" ....
...........
...........
. v
.
[
0,99
..,
.Q
0,97
с::: OJ 95
230 ZW 250 260 270 280
Температура I ОС
(A '(J
{Jис. 55.. Изменение плотности
зависимости от температуры
давлении 70 KF /см 2 .
в
при
644 ТЕхнолоrI 4ЕСКJ1Е CBOy =TBA ПЕРЕРАБАТЬ ВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
Плотность при .23 ос равна 1,13 е/см 3 .
Средневесовой молекулярный вес, определенный методом светорассеяния,
70 000 80 000.
Среднечисловой молекулярный вес, определеиный по характеристической
виЭКОСТI1 или методом концевых rрупп, 35 ООЗ 4а 0)0.
Пла rификаrорЫ, мяrЧl1теJ1И или наполнители отсуТСТВУЮ1.
-
10
...
ft::
t:I
qs
:::s 1
t:s
:r:
:а:
10 1
10
Пласкон-найлон 8'205 (Chem. а. Dye Со.)
.
П о л и к а про л а к т а м. и Л и н а й л о Н, т И п 6
.
?
ус
. v
1lt" I.L ' T .
о ..А ,u"'" ....
&0 .-ifII'" у N
н, .ry JJ
..L.I -
.....
1.1 о" d
.
d/ ( %!!
. ft
J"(.
А
"У".
ле r ..... " ......
,
.
.
ю 2 ЮЗ'
ЭффектиВный араВаент скорости 4q/ll/f:; ceK. '
10"
.,
.'
"
Рис. 56. Изменение максимальиоrо напряжения сдвиrа в зависимости' оТ эффек
тивноrо rрадиента скорости (цифрь[ на кривых температура' в ОС).
6 виутренний диаметр' каnилляра 5.11 MM t LID 2Q:
o . ». 2,54 мм, L/D 15
V » » » 1,27 ММ, L/D=:=20
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 645
...
" """""""
10'"
r..:..
.а
.
1O 2
tI:
rt
cg
r. Е3
<=-с
QJ
"'.)
Z I &!I
.
"""
.r\.. /0
. чо ,
. "- 100
""')
.......
n. 200 ",,)
.-..
'"""
J'
I
-.,
t ... i{}0
"
I
[ J"'\.... 7000
,
, . 2000 I
т
J
f""" 3
JU
260 265 270 275 2 0 2 5
Температура, ос
.
57. уlзменение эффективной вязкости в заВИСИIvfОСТИ от теl\1пературы
(цифры на кривых эффеl<ТИВНЫЙ rрадиент С кор ОСТ н 4qJ7tR3 в ce l).
- , j ( D
t Т'
й, .
....
J
... I
I"",a.r А "-
А : А
D у'" ... ...,. f? о
..... z {: I I t
..... "L...
ZT А ..... ....
7 ...... ... .
1 .
lS ..... I ..... oo .
.
.,. ;
" к (100..
..... !""'r)... .... ......... ...
""
}.::'C
<'d'<f ... т1.... n..
"!"l u... I
"""u..
'\ ,.
"'"
I
"""'- I
""t: I 1"\.)
"' .., :z. .
.......
v
\ 'U" L
Ni V?
, .
I
"-
.........
-
Рис.
'"
t.J
с.:-.
..
10"
=-с
с")
':::s
ft
10 3
10
ю 2 ЮЗ
Эффекти8НЫЙ ераОиент скорост" 4'lIЛn: CCK. f
10*
.
Рис. 58. Изменение эффективной вязкостн в зависнмостн от эффективноrо
rрадиента скорости (цифры на КРНВЫХ теf\1пература в ОС).
6 виутренний диаметр капилляра 5,08 .мм. L/D 20
o » }) 2,54 .мм, LID 15
\l " » :. 1,27 мм, L/D==20
646 ТЕхнолоrиtIЕСКуlЕ свОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ М ТЕРИАЛОВ
......... .................. .
........
.......L
3айтел 42 NCI0 (Du Pont де Nemours)
Полиrексаметиленадипамид
Плотность прн 23 ас равна 1,14 2/ CM "d.
Среднечисловой lvLолеку.лярньrн вес. опреде.пенньrй -Iетодом концеВЬJХ
rрупп, 34 OOO:f:lOOO.
Пластификаторы И !1И наполнителн отсутствуют.
Индекс расплава: 2 2/10 мин (ASTM D1238..57T, вариант К, : a ИСКJ1ЮЧС"
нием веса наrрузки. paBHoro 2160 2).
.' "4.'" ...
"f Ji ....
, '." ',... .
.', 102
tf
N
(..)
CiJ
:з
:r:
QJ
1:
9..
1
:t:
8'\
r:t. t
t:i ,, 0 1
J
:з
(..)
tj
):
10
I ' Б О
f0 0 19
l ;r" ..J.r'1
j.J ... ...... r I
. '
...... . fIf ...
7 .....
t:r /1
./ \
tzP JI
[/ Jr
,
I . . I "
t
. :
, т1Т -
" t+t rт1 1 1 ' . ' +tt:
: '-...... . 11..,.J. .:...
I -! t t t t
! .
I
!
.10 1 1 10 102 103 704-
.эффекти8ный ера8це,l-fт C/( Docти ч ql7rR cex: t
}
1
I
I I
} I
1LJ.....i
LFН+
''! r ' I I r
r r I
< t.
, (
i '
,102
Рис. 59. ИЗЛfенение l\fаt{СИ .1а.ПЬПоrо напря)кения СДI3иrа I3 заВИСИl\10с.ти О''{
эсрфективноrо rраднента скорости (В,и(рры на кривыIx теl'лпература в ОС),
Внутренний диаметР l<апи.JlЛЯРn 0.127 1, L9. A1M, L/D== 1Е.
10" t
.
.._ I . ...............
.... ....... ......... . ..... ................. ..............,
.. ...................
........... ................_
---
..Q
g 2 ) ]7.0 .
1 О ;:--.::---- . :-":: :-+"=": " fП ' О -
.-.J t... ш .. 4. .. . ,. . J . ,
hoo ".. {......-. . --- - + , .... .._..
""4 -........"' .............. - I!: ...................... ........-...>....... ......
ct:) . . --.T 4." i . ,
<. . .. .... t .. T .
tr.: - - .._. : . :'OOO- 4 .
,..." ... l
v . ., 1 . .. ,
.! I I !
::J · l О з I _. - - . E .... ,. ".
f..-.. 'i= .::: " --: =. --:.::= - .. ., .; / } DO ( '" .
..... ..... , . . . ........, I . , ,,
:t:: . . . .. . . .. .. L.. V
. -i4 .. -+--.---. .
tU . "Т . .
е.. ...
э-.
....
"
.
,
Рис.. 60. "УIзменение эiq ектнвной вязкости J3
заВНСНТVIОСТИ ОТ те iПСр(1)'<рЬt (ll11фрbl на кри.
вых эctфеКТИВIIЫЙ rрадн€нт скорости 4qjпR 3
в ceK ]).
.BHYTI=eI-НJИЙ диаметр каIН'!ЛJ1Яl а 1, 19 мм, L/ D === 16.
10"'"
250 275 JПО
Темпера.тура, ос
J2!i
.
ТЕХL;о.поrI L1ЕСК11Е CBOI1CTBA rIЕРЕР. БАТЫВАЕМЫХ МАТЕРklАЛОВ 647
1
1: 10'"
сь
с,)
=-с
j
I I
I : ..l f'\. i 2IJQ
1 Ь; а о
, I
.'. $0
)tr , ...
I I
I
-2 j Q <t I"'I
-о- .
l : .
.
-
..;
............... 1
1
...
I '" .....
i
,
1 ,
, ! I
,
,
( ( .
,
. \
]
I ""
, /
I .
. -
I .
-
...
. ,
.
-..
а..
.... i
OQ 10
Б
D)
10 3
cg
ЕЕ
:.:
10
10""
t 10
JФlpeJ(mи8НЬIU
102 103 10
epatJиeHm скорости t,q/JtH сек.--'
105
Рис. 61. Изменение эффектн.вной вязкости в заВНСИJ\.fОСТН ОТ эфсреКТIIL3ноrо
rрад.иента СКОрОСТИ (цифры на КРИВЬkХ температура в ОС).
в н ут reI-iИИ в [дна 1\ 1етр: Н.ап н'л л яра О, k 2 7 J ,19 ММ, 1.., I D ::;;:::: 16.
,
120
t")
t:s а
100
t) --.
tj
ft 80
60
40
i3
20
.
о
1 10 10' 10 З 'O
Эффе/(тiJtJlfЫU apl1dиeнm скорости *lfI!1R; ceK. '
1
O .' m
)
tiJ V
I с ..
,-tJP 60 /
-" . ,
J
.. . . ... -
.
t t I rc'" [а
J. .. .
IP' I I 11
I
i
I .
r
\ '.J
I
Рис. 62. J'велнчение диа!\iстра образца при выдавлнвании I3 заВисиrvrости от
Э<РФСi<тапноrо rрадиента скорости (цифры на кривых , tel\-lпераТ}rра в ОС).
внутреиний диамеТР капилляра О, 127 1.1 9 AfM L/D== L6.
648 ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ свОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
АЬ! .J>..
3айтел 101 NCI0 (Du Pont де Nemours)
Полиrексаметиленадипамид
flJ10THOCTb при 23 ос равна 1,14 е/см 3 .
Средневесовой r.лолекулярный вес, определенный методом светорассеЯНИ}1
39 000.
Среднечисловой молекуляриый вес, определенный меТОДОl\1 коицевыl\\
rрупп, 18 000 + 500.
Пластнфнкаторы и наполнители отсутствуют.
Индекс расплава: 5 e/IO мин (AST'M D 1238 57T, вариант К).
<ь
Q.)
1
'
q
10--'
C::S
:tt\J
:::,::'
tJ
c::s
'O z
1 10 102
ЭффсктиВны'; epaoa Hт
10
:7 .
! "Qu
1 1 1 . "
! 00
,I O
,
J?} з \) ..1 '1
I
-41
, J
,
I
1 :
I J
,
" 0001
r ...
.
...
. r
.
I
I
f
103 104 105
скорости IHl/ ) (R ceK. 1
.
Рис. 63. Изменение J\1аКСИl\iаль Horo напря}кення сдвиrа R зависимости от з(рq-к' 1<
тивноrо rрадиента СКОрОСТИ (цифры на кривыIx теIvlпература в ОС).
Внутренний диаметр!капилляра 0,787 мм, LID 16.
· 10--2
t.,)
280 0 i
t's J -, Р90- 0
CL I ;!I l (;:. J . I
r l о э i ! iTT{W.
,,'-. 11 . t=: R' I""] 1JO o
k'J r.-. i"
... . · _ ...
tU f ""';:"'''''
Е3-- (.) L:', 11: I .. -...::
t:).. с:::. I I ; . I I r-.L 'r--
tТ) Ю I, :1\ ! \ ' \ ! , i \ i I I 1" t!U
1 10 102 103 10" 105
Jффеlfтu8ныu 2раоиент скорости I,.q/JtR; cel< '
[
1)11(', б!1. ИЗi'.1енение эффектитзноЙ ВЯ3КОСТI{ в заВИСИi\'fОСТИ ОТ эсtфектив ,,()'r(:
rp аднента СКОрОСТИ (цисрры на н:ривых - те"lператур а R :)( ).
Внутренний диаметр каПИЛ 1яра 0,787 мм, L. / D=== 1 .
TEX1i.OJI()I'I/P!ECKJ1E СВОйl:ТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕ!\1ЫХ I\'\АТЕРИАЛОВ (j49
............... ...
10 Z
N
10"' Э
.
..
..а
с:,
:.с
о)
'Q::)
'O '*
;:S.
QJ
1O 5
275 .
(""'" 10 rJO
'.. J' \.
" ::I
r ,
I 1008 .. .
( . 1,Й2 1
"1 ,
'" .. 10000 f9) 1,01
...,
....
1.0
... ,
..с
- 0,99
0,98
t:;
r:::::.' О, 97
. 0,96
285 295 305
260 270 280 290 300 310
Температура, ос Температура, ос
Рис. 65. ИЗf\iенение' эффективной вяз
кости В завнсимости от темпераТурЬi
(цифры на кривых эффективный
rp адиент скорости 4q!т:.R 3 В cex: l).
Виутренн ип диаметр каПИЛЛЯРD 0.787 ММ.
L L I D == i б.
. Рис. 66. Изrvrенение плотности B за
ВИСИМОСТН от температурыI (цифры на
кривых давление в x:r/CM 2 ).
ZOO
9.
5
*
1,3
150
"-
:.с
:tc
... 100
с:::
50
JS
Ij
!
!
..
ос
1,1
t:
Ц90
QJ
О, 70
а50
.о
а,зо
50
.... .
о
100 200 300
Температура, ос
"оп
100 150 200 250 300
Температура, ос
РИС.' 67. Изменение энтальпни в за
висимости от температуры..
Рнс. 68. Изменение удельной тепло
емкосТИ в завнсимости от температу-
ры при давленин 1 ат.
.
650 ТЕхнолоr"f:14ЕСКI1Е CBOl CTBA ПЕРЕРАБАТЫВ..l\ЕМЫХ l\1АТЕРИАЛОВ
"----- ....... ................-............... .
,.............Jr........
... .........................
ПОЛИЭТИЛЕН
Полиэтилен 204Е (Canad. Illd. Ltd.)
Т1потность при 23 ос равна 0,915 с/С.lИ 3 .
1-1ндекс раСП.пава: 0,35 2/10 мин (ASTM DI238 52T).
10
....
.....:J
t::L
q.
t:j
t\J
t..,)
N
1: 1
ь:;:с,,)
!t:
:t;
.Q
Е:;
::з
с,)
ts
10"/
,
8еЛUЧllНbl К' u п'
..
"1"....
,
Температура
ос
ДиапаЗОИЬJ rраДНеНТОВ
скорости, для которых
определены зиачеИия
К' и п '
ceK l
1('
п'
....
121 0,77 0,280 94 630
149 0,58 0,288 200 1140
177 0,475 0,288 440 . 1400
190 0,412 0,298 490 3700
201 0,364 0,306 545 2200
220 0,294 0,320 990 - 2300
235 0,308 0)303 1160 4150
J
I
I
.
,
...... ') liJ ;;:C
""
dr
.CJ ft.. .. [. r
6.11 ...1..
1"" .,. IOOC.. ...J
...... ..-. .-.,.
..J.J .1т .... .т
ь"'-- J ...... _ ". т
, ,... JJ lr
"" "'./
..J' IJ '""' "" -
y ... ::;L
....-
/ v"'-- r va
с
."
"',J)
r ;fII"" .....
..d ""
о L.. /' :.- ", .,.. ...
,1 e!!t!. ..
fJ Lr"-o ,Ji
/( O ;i'. / 1- ". .
".
..
"'"" /"
v \1\. IJ А .....
;;1" .
4 У
о 1'J"""Q' ". vv
, O t \at ..
.
,
'" \J О .;k1
.
10
Эср tpClfm116f1bIiJ
702
2ра(]иент скорости
10*
10 З
ч ч/пя cex. 1
lJ'IC. 69. Изменеиие максимальноrо иапря}кения СДВИrа в -зависимости от эффек
тивиоrо, rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Внутренний диамеТр капилляра 0,49 мм, L/D==9,14.
ТI:хнолоr.И4ЕСКI1Е CB01'/fCTRA ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 65]
.. . . .JIJ
,
...
t..J
1
1.:
1'1 ""1 п
......... '"
....
COi;;;: А.
" V'o '"' ...... ..::; .:зо
( C?OO -.. n
t.. (} .....10-. 1"0::;;-
о
,fOO IIO... 1\
... -fllJb -..p.1200 . о
( u / .....n v
\.,; p.
[ 2 V v
,
",OOO' 1
"\...
-,: ..... А'Л ОО .... "\..
Q 120а, л
iJ ;Wb
25 '00 "7:1) "... "
Tt!OOO -J
.
......
'1:
I\..
,0 2
t...:.. ' \..
:.::
'\.
I .
.
... J'.I!!L.
..
f
Рис. 70. Изменение эффек
u
rивнои вязкости в заВИСНIНО..
стн ОТ температуры (цифры
на кривых эффективный
rрадиеи'Т скорости 4q/'т:R 3
В cex: l).
ВнуТрениий диаметр капил.}]яра
0,49 мм, L /D===9,14.
tt.
10--3 r
:::.
t:
r)
I
.
Irr ч .
125
I
---
150 175 200
Температура, ос
225
250
10 Э
1
I
7
. . t j
1 I
. t rt Tt !]
. , !
',- , I I I I j I j I i
J I 1 1. I j
'" )., I 1 i ; . I
1 .J : , ""-"" I
со/;тv $ ' . 1 , J,. ' J.. r
.
... '.. ""'-' T.
......, r . ... ' '
...... 1'h :.... 1 r .....""" ""'ч" , .. .
i t .I' .-i'..L
""'I .... ' Т I I I
1 ( . ! 'r ... "t -+ 1
i . I ]
. , H -'
j . . , I
' t"".. ::t), р.. f1" , .. - .i.- H - '
........... C:"' '" _,, ,
. /j.1 1 r t:!
I J 1 'f ) :
. . r" . t l 1.'! 1
I j r I
'.... J
.....: 'J ..".....t ' I J "/ -: ц.--t
.................... ,
, .... .... .., ,
. ] I
. . I r
b.:: I
"'11(, . j 1 J
" . ' I
.2 'b ! 1 ' ! t j,
I'II . I l
. .. , , . .
1 ; +----..1.....) 1
. " $: .I_ ",=, j y 4
. L
. J ' . /,40'
" н 'L.. il....
т
...,. , L J..,..., ,
..... .L
I . ... ' j !i'
< r , ''! +---- t.
, J
I -п--
. I . """""-Т
1- . . J
, t
' j , .'Q
, I i f
i 4
1
. "1
104
-
QJ
(.)
1...:. 10
--
.а
Е:
t.J
tj 10'"
.1::
ct:)
}&:
QJ
е..
I)ис. 71.
,1} 102 1 /} 3
Эффе/-:mиDныц epaiJUetfm с!Фр-()стu lt;jIJtR; ceк. 1
Изменение эффективной вязкости в заВИСИl\.10СТН от эффектнвноrс
rрадиента скорости (цнфры на кривых температура [З ОС):-
Внутреиний диаметр капилляра 0,49 ММ. LID::=:.9 14.
652 ТЕХНОЛО}'ИЧЕСКуIЕ CBOI/fG ТВА 11ЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
.
v
.
.
Полиэтилен 1200Н (Canad. lnd. Ltd.)
Плотность при 23 ос равна 0,92 Z/CM 3 .
ИндеКс расплава: 16,56 2/10 мин (ASTM DI23B 52T).
10" ,
10
10
..
-..,J
t::s
rtS
t.J
сь
I
:.c
;t::
cu
.Q
.
!i
.1"
Величины К' и п'
J
,
.....
.....
Температура
ос
){иаnаЗ0НЫ rрадиентов
СКОРОСТИ t для которых
определеиы зиачеИИЯ
К' И п'
се1\, 1
К'
n'
.......
121 0,26 , 0,355 930 2600
149 О :.206 0,354 2900 6000
177 о, 165 0,354 6700 1 О 000
190 0,214 0,317 9000 1 9 000
204 о, 189 0,321 13 500 - 26000
220 о, 157 0,329 21 ооо зо 000
T
.J. ) ' . 1.
??- r-
[
JsH
( .r ;.1 "'" 11'"
y Q1/,
,
. V -1'- ,. IТ
- :1""
... '" .. , f'I
T J.:
rl
V1 P H
п
:r
,t1 ....
10' 1/ "'"
....
'. ,, ,'\ /
yd
11 u
о
oJ
\/ О v D x\,
о U
'"
о
.
,.
'.
102
Эффекти{Jныи ераоиент
105
103 10"
скорости Уq/ЯR сек;1
- .
Рис. 72. Измененне маI(снма.пьноrо напряжения сдвиrа в зависимостн от эффеI\'.
THBHoro rрадиента скоростн (цифры на крнвых температура. в ОС),..
Внутренний диаметр капилляра 0,49 ММ. LjD-9,14.
-
654 t.cXi-lОЛОfI-1ЧЕС.Кl-IЕ' CB01::JCTBA ПЕРЕРАьАтывАЕМЫХ МАТЕРI1АЛОВ
... ..........................
... ....
Полиэтилен Dow. М. 1. 2 (Dow Chemical)
'-ltlllотносrь при 23 ос равна 0,905 2/СМ Э .
Константы уравнения состояния (P+;:i)(\/ ы) R'T;
1ti == 3330; (J):;:=: 0,875; R.' 2,41
Коэффнuиент теl\'Iпературопроводностн в интервале температур 163 260 ос
р а в е н 4 , 2. 1 О 4 Ji(2 / r{ .
,
:t:
1 f
t...:'
t:j ...
-...,J
q
10"'1
-, _ 10 102 703
ЭффентlllJН6Ii1 2paOiJeHm ctropocтl.l "lf/ffH cel(. 1
т
I t :, о 00 Q
,з ), , О .., . \ н iJ 'П
1 /'
....;А ::I ...."
J I ....
,...., .JI" f'Y..
",... ... -.OiI 'WJJ ,
...:y- .... 2
:;J d :"..- o'f" f /
.;з/ '
/)" И
./ ,,/" rI
,
.
f.1HC. 75. j,lЗIVlененне l\лаксимальноrо напряжения сдвнrа в зависимости от эффек
т'Ивноrо [раднента скорости (цифры на кривьrх температура в ОС).
Внутреиний диаметр капилляра 1,016 MM L/D-:::=] 2,5.
t.J
,
...
70"
{з
70
QJ
ns
...
.... р
I ...
"""\....l.. Oo
- 1CI::
., 1.
'-J $; ""l...
r'"' .
,... ')
..... """-.1
'"
"""'( L... ? o
2
,
........ ....... ,
-
о -о T O
l.
, .. 1w
.... D
T Oo
10-
I
ro
-3
1 10 102 lаЗ
эффеlfтиlJны1 2раоцент скорости 4q/ЛН; сек:'
Рис.. 76. И3 Lененне эффеI(ТИВНОЙ вязКОСТИ . в зависимости от эффеl<тивноrо
rрадненТц скор ОСТ Н (цифры на КрИТЗЫХ Tel\1nepaTypa в ОС).
внутренний диаМетр каfIилляра ],016 ММ, LID 1'2,5.
ТЕХНОЛО1'},1LIЕСКJ Е CBOI/fCTBA 11ЕРЕРАБА [ЫВАЕМЫХ J\lАТЕРИАЛОВ 655
.L .....,.
r
.......................... .......................... ......................
с\)
б
0,96 - . ........ ..........
Q.J ! , !
t..J
.
. ,
С___ I
10" 2
...':)
:
..., 1: 88
r
U I
с:::
CI::)
....
а: УОС? .а
Е:
t:J
0,80
.
Q-
nft 10 З fJ, 72
1Е5 150 175 200 225 250 80 130 180 230
ЗО
Температ!lра, ос Т'!нпература, ос
Рис.. 77. ИЗ lенение эффективной вяз-
кости в зависимости от температуры
(цифры на кривыIx эффективный rpa..
Диент скорости 4q/1tR,3 В сеК.....l).
Внутренний диаметр капилляра 1,016 мм.
L/ D -:::;:= 12, 5
Рис. 78. Изменение плотно-
сти в зависимостн от темпе.
ратуры.
.
100
, .
I r
",---а I
1(1 ..
,
,.
о
I
.,
.
I
...
.
J
(.70
( . ..
! 1. I
50 100 150 200
. Температl/ра. 0[/
.о'
ЗО
'...) ft:::»
t:lts
l10
QJ'" ,
r:: '
CI;; 0,90
I::ft::;
=-C
0,70
<u
.
» 050
. , о 50 100 150 200
Температ!lра, ос
1. 50
J
80
(\)
"
БО
)::
\
1
..
цО
t::
1::;
20
J5
2
[J
Рис. 79. Измененне энталь
пии в зависимости от теМПf-
рату'р.Ы.
Рис. 80.. Изменение уде.пь...
...,
нои теплоемкости в заваси ..
'. мости от температу ры: _ .
J твеРДЫЙ' поли тилеи; 2 раСI1лав.
б f)6
.
ТЕхнолоrI Ч.ЕСКI1Е CBOI/fCTBA ПЕРЕРАБАТЫВЛЕМЫХ fv\ЛТЕРИДЛОВ
.
ь.. ..............ь.......
Полиэтилен DO"T. М. 1. 20 (Dow Ci1emical)*
Плотность при 23 ос равна 0)915 z/с.л'f.'J.
Константы уравнения состояния (Р Т;i)(V' ы)== R'T:
' j 3330; (Jj:=:; О, 875; R.';:::: 2, 41
Коэффициен r температуропроводноСТИ в интерпале те tператур 1 б3 БО ос.
Р а не н 4 , 2 1 О 4 А! 2/ t{ .
.
о "" о 00 ",О
,3 , zj
.А r 'J
""'I
.....
....
L/
I I
, .
с 1
2 J
fb
tj
.
f
.
t:f
· 11Т
10
10 10 10
ЭqJфектиDныi1 2ра.8иент с!(орости ",,/яя .ceK.. 1
Ри . 81. ИЗi\,"еl1ени{' максимальноrо напряжения сдниrа в зависимости от эффек
ТИВНО.rо rра.l',Н€ИТЗ скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Внутренний диаметр Капилляра ] ,О L6 ММ, L/D::::: 12,5..
"""""""""""'
. .
* Зависимость пл отности, зиrа.ЛЬПИН и удельной теплоемкости от темпера
,.уры см... на рис. 78,. 79, 8.0.
rЕХfi(J..rlоrl,Р. ]ЕСКИI:': СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕЛ1ЫХ МАТЕРИАЛОв 657
.
........ ..
.
.................... ....................
..................
10--2
t\1
:t
.
,
со.)
10 3
::,
<u
'
<fQo
'25 150. 115 200 ZZ5 250
Тенператира, ос
!)ис. 82. Уlзменение эффективной вязкости в зависимости от температуры
(цифры на кривых эффектнвный rрадиент скорости 4q/1tR3 в сек"'1).
Внутренний диаметр каrrnлляра 1.016 MAt. LfD==I2.5.
10-2 ·
t.:.
--
tj
10"
.
tb
.
C'1S 10
10
,
.
, . ...
1 "
. . . 1
I ,""'I/'"""""
.
C" .
...... ""(
....1.. .
.
. "'""'""'"
100..
"'- ":L. " J
1 .
'1..:L. ...... ,
.
n l"'-
1'-tCL- о
-...n. --<:
.
o.c
"'-l. ,....
О 'JЯrP о
... -tc;:::
"П
....
--;;; .
...... c; o
........ 'f:J
'"'t.l..
т'\...
ut
I
4 .
102 109
Эффекти!Jныi1 арааиент схорости I,.'lIJrR; r:ек. f
10+
Рис. 83. vlзменение эффективной вязкостн в зависимости от эффективноrо
rр.адиента скорости (цифры на кривых температу.ра в ОС).
Внутренний. диаМеТр капилляра 1.016 .мм. LjD==::.12.5.
42 IIереработка термопластичных материалов
658
""'IiI
ТЕхнолоrИ4ЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
.
................. - - -.. -...
Полиэтилен Dow M J. 7 (Dow Chemical)*
П r]ОТНОСТЬ при 23 ос равна 0,905 2/CM: .
Константы уравнения состоя НИН (Р+Лt)(V ' (и) .' R' Т:
ТCi == 3330; w ==:: 0,875; R' 2,41
Коэффицнент температуропроводности в интервале теf\,Iпераrур IБЗ 260 ос
равен 4.2. 10 4 м 2 /ч. ..
.
Q..J
:t
:t
t;.... C"J
1
..ot::L
t;.:;
t1 t3
t\)
=:::'::J
(1:)
f't:з
t:j(..)
10 1
10
T r r j 1 r l
C) 1 LUL
' I }
\(11 о I О
I I! I ,?о \1-
!
t '. J -r pa..r"'"
.AJ . 1 ,, [ I'"
....... .'" ...... .-:::::
, :1 ')1 , .JCT
..........,j t1"1 .. ...." ............
TAT
r "" .'"
V V1
.....,-<.,r ... ,
r
"". .......
"[1;:;'
Т /'Т / /
..... т .
I. /it /!
;r ,> W I
I sl И"!
/\" i.1' I I
L.....L ) /! j
I
r r .
r J r ) f
.
.
! I
i
00 I O
1
2 J ,
},l"r f9I-
.
...1.]
<.
J...r
I-r
.....7
"
..
.J' '"
1 I .
I \ . t . . t У'" ]
i
I I I I
+ ,, ........... h
t ; ,
t r .
_............
! J
1
L
i
t
.
!
.......... ....
>
I
i
.
}
iи 2
Зфф хтu8ный ерааиент
таЗ.
CIfOpOCтU 4 q/ Я R
10*
cex.. f
Рис. 84. ИЗi\lенение f\,fаl(СИ!\'Iа lЫ lоrо напряжения сдвиrа в зависимости от эффек
ТИВlюrо rрадаента скорОСТИ (uифры на КрИВЫХ температура в ОС).
ВI--1утре н ний диаметр капнлляра 1,015 .мM LID 12,5.
;1: Зависимость плотности, эитаЛЬПИ1I и удельной теплоемко'сти ОТ темпера
rYP )1 CM r на рис. 78, 79, 80.
...
ТЕХНС)ЛОJ'уIЧЕСКИЕ СВОйСТВА l1ЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МДТЕРf1АЛОВ b5 1
C\J
l
"-
QJ
tJ 10....2 . о
:t::
'1 .
t::i
J5
а..,
10 3
12S
I
...
t3
t::J
tt:
.
r
«л
. J JO
i
,
L
150 175 200 225
Te! frlepaтypa, ос
)
,,' j
.,
I
,
, . J
250
.
Рис. 85. И::iмеиение эРфективиой вязкости о заВИСИi\'IОСТИ от температур )r.
' .. (цифры на и:ривых эффективный rрадиент скорости 4qjт:R3 В ceK l).
. .
Внутренний диаметр капилляра L,O L6 ..ЧМ, L/ О==:. [2,5
...
..о
t:3
:.r::
! -
I .
""{:1... I I
... ....
I . I ,
"I I
! .., ,
J I
rJ. i
} !
""r =+ 1
... ""'- q/h.. . r
...
!
""'" {,у
......
....
. v
"I .... 1( {
".,.j ..
I .......
.
1"" r I "'-..А...
""I!o...
+ \...'"1.. 7
........ ....................................... .. , ,.,. lo.; /00
-r ' : '1
""'"'n:
. "" i
.
...... 1 I
""'{1... r
J .......
.,.i
, "-.000
"""
..
.... .
........
"[lIr..
....... -O 1
,
"
f
.t..,)
Q,)
::. 10 2
.
.с
tj
::,
10 3
10 "
с"\5 Эффектuд I1ЫЦ
702
2ради е нт
103
схорости *q/llH/ CCIf.: '
Рис. 86. 11зменение эффективной вязкос1'Н в заВИСИI\fОСТИ ОТ эффеJ<тивноrо
rрадиен1'Э скорости (цифры на крнвых температура в ОС).
Внутреиний дИа МеТр капилляра 1, О] б мм, L/ D ==::. t 2,5.
42*
660 ТЕхнолоrИЧЕСКI1Е CBOI/fCTB.;\ ПЕРЕРАБА TblHAEi\1bIX N\АТЕРI/IАЛОВ
""""b.
Алатон 3 (Du Pont de Nemours)
Полиэтилеrl
П.потность при 23 ос равна 0,92 е/см 3 .
Средневесовой молекуляриый вес, определенный rvrетодом CBeTopacc ) ния,
525 000.
Среднечисловон молекулярный вес, определенный ОСМОi\JlетричеСКИ\1 \tleTO.
ДО:VI, 30 000.
Индекс расплава: 0,2 2/10 мин (ASTM D] 238 52T).
. ,
l.l hJ I
J. ....IOl/I... L" 'l
... .. ... ","" --!...jIj I
r cQ< .... l.7'" .",' l'
1..111 'L
- ...& I-II .
"",", +Ш ; I
-:: , . I \
. I """""'" ,
, ..;t \ (j '; I3\i> or""/"' I : I
1 .I.Qr"' ;,. .:
J;;a! : 0"7 .. . :"
т
,
.
L
! 1
-l
I Ifi
] I 11
.r........ . . !
. . ! .... r......... . . . .
. I r ! J
l' . 1
......-
i I
. ') +L
,
1-----.
.....,..... ,
, . .
!
Q,)
:t::
1
:t::
Ct::
с:з..
<J
10 1
C"tS
tjt..)
12
r.. ICМ.
r-.. S ...r-e
.
,
;
! !
,
.,
,
(D
-
i
,
l'
I !
.
I
i
rtr J=t л!J - .
I ! l lЩ 11
! 1 1 ! j
l L 'i LW
\ ........!. i t I
11-
1 '!
!I!.
I i ! j i I
ItЖ
, I
. 10..2
10 2
I
,! I I
j
\ j
, I I
.-4!ц
1 : I !
! i! I L
. ....J
! I
r
. I
1о4
,
1 O . 1
З-rp фектl1{) ныи
10 102 109
е{JurJиенП1 (жоростl1 4q/ЛR ceK. 1 .
Рис. 87.. ИЗi\fенение MaKCHMaJlbHOrO напряжен,ия СДВНrа в заВНСИ!\'IОСТИ оТ
эффективноrо rрадиента скорости (цифры на кривых те1\.'[пература в ОС).
Внутрениий диаметр капилляра l,lQ ММ, L/ D==3,6.
TEXHOJ1Ul'l-L4ЕСКl-1Е CH()l:1LTB.'\ l'lЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРI1АЛОВ 6b -
...... . . - . ...............
.... ................ - - .......
10
C\I
t.,)
QJ
t..)
1
.
( .....
:s ts;
t\
vO,1
..............
1
......ж.
t'\.
.10 "v
""\......
:=1 -о I
с ТО{)
I
....lL -
I
.
( '1.. 1000
.
, .
.
,
,
J
...
10 t
CCj
J3
,o 2
Q.)
9-
Рис. 88. Изменеиие эффективноЙ
вязкости в зависимости от темпера-
туры (цифры иа кривых эффек
ТИВИЫЙ rрадиеи'r скорости 4q(;tR:}
в ceK l).
ВНутрениий диаМеТР капилляра 1.19 MAt,
LjD==З.6.
9
.' о ,,}
,50
175 200 225
Температура, ос
2.50"
---------ч>' .8"I1"P'Id>.
. I ...".. -
'ТО
т
(
('
t
с,,)
[ ..
.......
с
Q
1
с. 10.
','/sOc )
1.900
.....
I !
...
:
1 /1 ,
u
Q::)
10 2:
:t::
(u
f3-
.
III
',. Ifr }Q,
.... ,.a
.._. u.........
2ij.Oo
_...... 7t-..... __
. ....... '"
I11
- "1
:t '-
"Ii ......
""I.L '- '-
S
..
.........L.,'
. ,
'1 '
. .E :
. r'" I
I I_
i i!.
I i I
.
I .
!
,
,"""
...'
10-'-3
. JO 2
10 1 1
ЭСРфектufJныu
70
ерааиент
Ю Z 103
скорости 4qjJТRj1 (]eK. !
10'"
Рис. 89. Изменение эффективиой вязкости в зависи лости от эффективноrо
rрадиеита скорости (uифры иа КрИВЫХ температура в ОС),. . .
Виутреиний диаметр капилляра 1.19 .мМ. L/D-=:З.6.
!-.:..f.... 2
'uO
'.
ТЕХliолоrИЧЕСI(ИЕ СБОI/1СТВА ПЕРЕРАБА ТЫВД.ЕJ\\ЫХ МАТЕРИАJIОВ.
...............
. ............... ..........
--_........................ -
Ала тон 1 О (Du Pont de Nemours)
ПОЛI1этилеli
I"Iлотность при 23 ос равна Ot 92 C?ICM .
Сред иевесовой !\10леку ля р НЫ Й вес, оп реде.п еи ны й r..lеТОДО!vI светор ассея ння
.30 000.
Среднечисловой молекулярныIй вес, опреде.пениый ОС!\'fо rетрическим мето..
.ДОМ, 26 000.
Индекс расплава: 2,1 С?/10 МИН (AST1\1 D1238 52T).
\
I I [! i ; ТПТ: 'i I ! ,1 f 1Тl I l' I .
\ . 1 11 \ J ! 1; ! \ 1 1 ': ! ': I I [
I ' $r: "! IJ , I
,.............--' ,......... I
. r ..:.i . L =t=.t=1 . +..... t I
. + - . ТЕ i-r:. 11-:: :: +r: .J L . =-r=.+ .. ;.: f'"f.r .
'. . , . . t . . .
[.". i " 1 !i'; l [ j r '"[ r
r I
+ , . ; \ \ t ';..,. "" \ " \ . .
) 1 .: j : I ' I j со I... V "."r - :
! "i (\ y II : I
. +---- '\ '\J r ,.. .,..
"'""'"j""""" ''I,;.L"1'. "'t-..
-, ; .....;..
.... i7'" т .,- .,.....
[... (\0 f""'" ., .
\ " .Ji'f 'r \ \) /'-- О \ pr
J" . .,,' '.7 Т,,';
rJ r ц\.
t ...1,1..) I " \ [)
, .V --,,'" ,,'" · : .
9 J..; t
., "'7fII'
,......... .' J
1
. I 1
r '" 'I .',
r
.....
(О
I!\,
t.J
CtI
I
QJ
-
j I I
. , r
; ''''''''-+--+-i.
I -т 1 1. . !
I r ! i
1.. . I I
r [! : ' ! .
,
r
"
Q.)
с,).
. ,
I
!a 1 , l .
'. I
.
"
'"
./ I
I
.
:
[
I
!
l
,
j '1
, I
j
.
.
.
Рис.
1 10 102 103 10'
ЗффектиtJный 2ра8иент скорости 4 q/J[R cex. '
90. Изменение максима.п:ьноrо напряження сдвиrа в заВИСИJ..fОСТН от эффеl<'
тивиоrо rрадиента скорости (цифры на криI3ЫХ те1\rlпература в ОС).
ВНУТРСI1НИ Й ди aMf T р К(1ПНЛ ля ра 1, 1 9 rИ.М, I / D ==::; 3 J 6.
ltJ Z
16 1
,a i
f\I
. 10
t.:...
)::
iП
JJ ,
1,.0
1O 3. ....
Е;
fЗ. 10 'I L
19 2
,
.fSl? о
/!JlJli.1l ...
r"\..
[' t1i? .
, O; '" ....
.
.. " ш
-
\
....
..Q
ЕЕ
с,,) 7a 2..
.
DJ
'.
\
I
i \ 1
I
i I i I
I j
JD
....
с.'> р а о IJ ЕJЧ/71
102 103 704
С,l(проста 4qjffR,З ""'ек....,
1[} ' 1
...., .t "
,:j(J rj.7С/"{{ПU uHbii1
Рис. 91. ИЭIненение эффективной вязкостн в зависимости от эффективноrо
I"'радиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
ВнуТренний диаметр наП11лляра 1 19 мм. L/D===3.6..
.664 '1'I::XHOJIOrI1 L LECKt'{E CBO 1(:'[BA I1EPl::.Pj\I ATbIB_t\EMbIX МАТЕРI1АЛQВ
I .. 6 .. ....................
. ...-....... .."...
.
Алатои 17 (De Pont de NemOufS)
ПО.ПИЭТИtJ1ен
Плотность при 23 ос равна 0,92 с/см 3 .
Средневесовой МО,ТlеКУЛЯРНЫI I вес, определенныЙ меТОДО1\.I снетор аССе я НИ?
225 000.
Среднечнсловон 1\10лекулярный вес (вычисленный) 16 000.
Индекс расплава: 20 2/]0 мин (АSТМ-DI2З8 52Т).
10
. 1
, , .2
10
k:
....
--1
10
-q
t::s
t\)
-
"
1
.
.
:t
.
, .
:
.t:J
10 '
-
-
..
.....
L....
r , ....1 r
.
.... ул"
..
, . -
...
.
. ...
о .0 О
U"\
\ ,O:J ! .
.'
-
10
Эсрфеlfтц{Jffыi1
102
ерадuеlfт
105
10 З
скорости
10"
4 q/ЛR celf. r
.
Рис. 96. Изменение максимальноrо напряження СДВНrа в завнснмостц.. о.т эффек
тивноrо rрадиеита скорости (цифры на кривых температура. й ОС).
- ' .
ВнутреННИЙ диаметр капилляра 1,19 мм, LJD==З,6. '
ТЕХНолоrI1 t IЕСКИЕ CH()) CTBA l1ЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ NiАТЕРИАЛОВ 66&
.
................ .
10 --+
150
-.;::: -
-.;::::: .... OO
....
........
"," /000 -с;::
.
"""""1
-
.. ;о./ОООIJ , $
"'1[.11
11;
.
'u
"
10 ...2
t)
с::.
1If". .
о)
:t
tI:
10 3
CI':J()
::S
a::
f3.-
r"I')
Рис. 97.' Изменение эффективной вязкости в зависимости от теМПературьr
(цифры на кривых эффективный rрадиент скорости 4q/1tR3 В ce,,"'l).
Внутренний диаметр капилляра l, k9 мм, LID 3,6.
170 /90 210
Темлвратgра I ОС
23rJ
N
l5
10 2
"
"'"
10 З
:t:
Qj
G.
Э. 10 '"
("I"j 1
1St) о
.ЧI. _ ..1
!900'.
(: .
Ж
у .....
2чо о 1(' .. N
.. ,. ... 2:s 1. ..
, 1;t:
.......... :"""
.... Ь
.. \}.... . .
'
""l1lI1-
! I
I .
.
т
j
......
,...,
...
"11
!.
' ( '.'
ot>
10 102
'ЭqJ{рехтuОНЬf(l ерааиент
703 10
скорости 4q/JlR/ сек;'
105
1 НС'. 98. уlЗ 'i ненне )ффеl{'fИI3 иоfl-' вязкости в заЕ аСИL\-10СТИ от эФ(i еКТИННОI<О
. rpaIl.I T elITa скорости (ILнфрыl на l(ривых те\"[перат)rра в ОС).
Внутренний днаметр [\.8ПНЛЛf1ра J) 1 9 .lUJ!, L/ [)-::=З,6.
'1
() б6
ТС \,-'i()Jj()]-l,I r! f-:'.CI< I'1Е: CB()J;'ICTBA.. II EPEPA{),\11 и1r'\.E \\ЫХ fv'r\ТЕРИАЛОВ
,
........ . .. - ........... ..... _........... ..... -- ..... ... ".... ...".......... ................ .....................................
............... .................... -
. . ............... . ...............
...,.'........ '
Ала тои 34 (D'u Pont de Nelllours)
п о LП И Э т 11 1 е н
ТIлотность при 2З ос равна 0,93 с/с/на.
СреднеВ<"=-.СQВUЙ молеI{УЛЯРНЫЙ BeC t опредеJ1енныЙ ННСКОЗИi\IеrричеСКИr\'{ ,teTO.
ДО I. 175 000.
Сред[-rеЧНС.:10ВОЙ мо..1екулярный вес (ныис, -не нныы)) 15 000.
11 н Д е 1 (с Р а с ПJI а в а : 3 , О е / 1 О lt'1 а N ( А S Т }\1 [) 1 2:) 8 5 2 Т) .
. .
1102
-
-=
...
1O
.
с-е
,!S f
:t:.
QJ 10..1
:::.
t:.J
10"Z
. 10""
'.
..
. ,
.
i
2 }"T
1" ,.. m И
.... t;;t-
.
.
.... а
\f:tt. f
\ O оС r
f 'ч.
.
Ш
.
.
.
-
.
-
.
I Ю ю 2 юЗ
3ффеКтиtJныiJ ерадl1еllт Kopocти 4 q/:JlR;
105
10*
сеК..... ,
Рис. 99. уiЗj\лене-ние IVlаксимальноrо напряжения сдвиrа в заВИСИIVIОСТИ: ОТ эффек
ТИВНОl'О rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
ВНУТk:енний дйаметР i<апнлляра l, 19 М.М, LjD==з.6.
ТЕХНОJIоrИЧЕСКl1Е CBOI/fCTBA пЕрЕрАБАтывАЕмыx МАТЕРИАЛОВ 667
............... ..,..................
r
10 1
r I I
,
1. '"
I
I
,
-.;;: "-. /О
...
.....
,,- ""'"
.....
/()о ...........
..... n... ..............
..........
"'IJ
т
"*==
О
'L 1000
.
'"
-",.,
.... ,
u
о)
1 0 2
'g
E:
):; ,,
сь
R
C'I)
10"'3
150
170 190. 2 O
Температура, ос
230
Рис. 100 ИЗ 1Е'нение эффеI{ТИВНОЙ вязкости в заВНСИIvIОСТИ ОТ те!\llпераТУРh(,.
(uнфры на КрИВ1>Iх эффектИвНЫЙ rрадиент скорос1'И 4q(1ёR 3 R celc 1 ).
Виутрен:ний :. ДИCl метр капилляра 1, 19 .мм, l I D . Ь.
10"
10 f
.J4
10"
i
со)
:.:
..
Е
:5 10--
::s
.
сь
э..
i1
10
,.
.
, r I r I т ' ,
1.700 ]
, ,..
*
.
/90 Й i
I j
"ь ... '( ,
. I
""... 1ъ 1
OO
2 . .. I
. 5 ...
- $1
...... ""l1lI
......
'l1li
.........
. .........
э .
""
,
i
j Т
i
Т
.
j
,1, ..
, .
.
. .
, .
1 10
Эффектuf}Н6lU
102 10 З 104....
2раоuент с/(орости 4q/J(R, се/(. .f
, -
105
f)\-Jc. 10]. ИЗt\Iепение эффективноЙ I3яЗi(ОСТИ в заI31IСИМОСТИ ОТ .?ффективноrо.,
rраШlента скорости (цифры на кривых - температура в ОС).
Внутре.нний диаметр капилляра 1,l9 мм, I,JD===-З,б.
668
.r
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
........ "f
Тенайт.полиэтилен 854 (Eastmall Cllem. Prod.)
ПОЛИЭТИJIЛН
Плотность при 23 ос равна 0)92 2/СМ 3 .
СреднеЧНСJ10ВОЙ молеку.ПЯРНЫЙ вес, опреде.ленный по характеристической
ВЯ3ХОСТИ, 30 000.
Индекс расплава: 1,7 2/10 мин (ASTM DI238-52T).
10
..
.....:J
а::
t:t..
q
tj
Q,J
::J
CI:)
ct::t
(.,)
tJ 1
:t:
.а
'::3
10'"
1
,
I
.
Ъ О cf о
. . \ \q .i -v. 1.
. .
J = .. .у
...r J 1) J.11oi r-
.... "".LT
i.r ......Т
AF' :,( .... Lr
r
..
с
-,. rт
..s:. .r
rJ<)
. IJ rI
a
..
:r
12 s т
",7 j
V U
;;1/1'
,- /ТР
л>'
, Ir
I ',1
'р "
41
,
10
ЭффектuОtlыi1
102
ераОовнт скорости
104
103
4q/Л'R ceK. '
р ис . 102. Измеиение маКСИl\lальноrо напряжения СДВИrа в зависимости от
"': эффективноrо rардиента скорости (цифры на кривых температура в ОС),
. Внутренний диамеТР:I<аnнлляра 0,483 MA-l, (LfD==9.
TEXl-LОJIОI 11,l{F.СI,.IIЕ СВ(}йСТНА ПЕРЕРАБАТЫВJ\ЕN\ЫХ МАТЕРI'lАЛОВ 669
10 --3
150
......
10 1
.
t:..
k:
(.)
t)
10"'2
-
CI:)
"
....
,
.....
.,.. lo...
.. ................... - _. - -...............
..... tYQ
............
........... .... -,:
...... о
......... 1(1)
., "1.. иo
,
....
...... ...........1IIIlIIiI;
Ю...
.... 'IIII( --250
..а
1'\: 500 .......
...
..... 'иоо ........
".. "'"
II(
...
175 . 200
Температура, ос
22.5
Рис. 103. ИЗl\1ененне Э РфСI{ТИВНОЙ JЗЯЗ]{ОС1Н 11 З3ПИСИf\IОСТИ ОТ температуры
(цифРЬf на кривыl эффективныый rрадиент СКОРОСТИ 4l7/7CR'J cex: l).
Bhytpe1II-ПП';'I днаметр капилляра 0,483 мм, LID 9.
-
.. ,
-
.
. liIIIIIi;
....
. \... ...... ......
....
\....
1""
........
. \... ..., ..L.
1 ...... ...........
"""'- .... ...............
Ll IIIOO..C
.. I
...'- -.......
"'....
...... -.. ....... ....
!Q ....1 w aa
т
.... ..1Q 1900
..... ., 1
-,) 2/00
2с.?оо :
-
-
.
j l
,,, .
.
<ч 10""
S
8ь
..
..о
r::. 70
t:s
10....3
10
-
10
ЭффектиВный ераоиент
10
окорости 4qjllR ceK. '
Рис. 104. ИЗJ\Jlенение эффективной ВЯЗl(ОСТН в зависимости от эctфективноrо
rраДНента скорости (цифры на крнвых температура в ОС).
Внутренннй диаметр каnНJ1ЛИ]>З 0,483 MM LfD==-9.
ТЕХНОJI0l"l'IЧЕС!{J-1Е ( BOrICTBA I"1J:::РЕРi БАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ Ь71
t
. 10 1
с,)
..
2
10"
ci5
,
:t:
....... . .......
.....
... 'Q
.,...
50
"""'1: ...
'L ".. ...........
100" 1..
"[ .......
....
v
200
""1..
....... .....
.100
'"
)
-
.
150
175 200
Температура, ос
ZZ5
Рис. 106, Изме Н1Jе эффективнои вязкосrr1 в заВИСН.\iJQСТИ ОТ температуры
(цифр"ы на КРИВЫХ эффективныЙ rрадиент скорости 4q/т:.l 3 В ceK l)..
ВнутреНний диамстр 'Капилляра 0,483 мм, L/ D==-<) .
10'" f
r
,
.
........... .
,
1"
;
!:
, f
;"
.
:.с t
!
.. 1"
о
):
"
2,'
10"
"
,1
', ',)
, 1
ca::l о
,
"!
"
-,
CI: .
,
, ,
,L
li
l
:::s !.
"
.
",
"
,О З
1,
.
Jt 111
,..!'.
,
1 "т \.... . """" ....::
t ......... ........... ть....
-.. - "[ " ::.
r ........... ......... ,......
............... ......... ........ -...:
I ..... ....... "f', .......
\ """'......... ..........
j i 1-............ ,""""1 ... .....
'r .......... 1..
! ! i """{),.. "'-.......",,\1. / F
) I """ll , U Q О
l' ).. --,::!... /900
т
21Оо
r
. \ (tI'J'oo
I
I
-'I
r
l
,
!
r
.
,
(
,
!
I
,
j
,
i
J
I
-
!
...........-
I
"' ,
I
,
!
\ .
о
) ,
t ,
;
о
\
. .
102 ' 103 .
2раоиеtlЛ7 скорости ,+ч/;;н C(!K. f
Зфф ктuОны;;
Ри:с.. 107. уIЗ!Vl нение э1>1>ективной вязкос:та в зависа IОСТН ОТ эффективноrо
rрадиента скорости ,(цифры на крИВЫХ те .[пераrура в ОС).
Внутренний диаметр каnидля.рз 0.483 ..И.М, LID 9.
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ свойствА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 673
"""""""f v
r
\ 10'" 1
со)
..r..=..
3с
I
о 1.
!Q.
'JlJ
-о.
.L"'L I 'r)
""L Мо
....
\
IfiUO
Т
i
! S06v
.... ....
I "'"
475
OO
...
10"Z
,
0,95
... о, 90
85
0,80
'.:t;
rzg
Е::
. 10 3
...
180 190 200 Е.10 ZZO 2 за
Теипера'W!lра, ос
Рис. 110. Изменение эффектив-
u
нон вязкости в зависимости от
температурыI (цифры на I(РИ
Бьrх эффективный rрадиент
. с]{орости 4q/ nR 3 в ceK l).
or
I
IJO /t,. о
100 150 200 250
Температура, C
Рис.\111. Из:\[енеН[l плотностн
в завнсимости от теi\1пературы
(цифры на кривых .давлеиие е
Kr/CM2).k
.J&"" . r
. 1', И r I
. '...
f r" .....,... 1'11 f l
,
I !
,14й i. о
Q.)
1Z0 Ц90
...
"'" J
......, о
"': ,
...... ,
t-. . " ..-
." ., i
.. -: П.80 ,
t,j . >
.
:ас 100 ::с . J .
!
3Ic:: ... ,
.а
..
tt." 80
. t:J D, 70
.:::, .
. 1
...
""'; 1
t:-; 60 (Jj .
\
Ц60 .
,
.
..ns "о J !
.
I
i
20 0,50
:t:
..а
О 50 100 150 200 250 100
50 150 200 250
Температура. ос Температура, ос .
Рис. 113. :VIЗIvlенение удельной
теплоемкости в заВИСИl\rIОСТИ от
те1\.Iпературы.
:Рис. 112.. Изменение энтальпии в
зависимости от температуры.
43 Переработка термопластичных мвтериалов
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫвАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 675
Рис. 115. Изменение эффективной
вязкостн в зависимости от темпера-
'ТУРЫ (цифры на кривых эффек
тивный rрадиент скорости 4q/7tR3
в ceK l).
Внутреиний диаметр капилляра l ..м..м,
L/D==50.
.
:!. 10
..Q ....
е
(.)
с:>
10-..а
:=s
в:
IO
,
'"
.
.
r
Qj
t.J 10""
,
10
;]0
....
.()
5
t)
,o 2
t::s
CJ:)
:::s
Е
е.
10'" 3
160
2чО
/00
JOO
.
---....... ..' .......
/000
..3000
180 200 220
Температура, ос
.
r
.
....
# 770(");.. .
сО4. 0 т ,
Е 3 со 1.... ....., ...... .....
i" ' r
1 , ... I ....
о
....... ....... I
.....' '
'!
О. ::'-..- .n. "'\'IJ.
\ 1.
.
$ .
,
t .
.
i .
. . I
.. 1
1" ..
, -
.
- !
.. . .. .
; }" ..
.
I -,J L. j .
s
1 I I -
! I
I . . "- "" '-
.
. .
. .
1 {
j
10
Зrpфек ти tJHblU
102
ерааиент скорости
10"
10 З
чq/Jf/f.! ce/(. 1
})ис. 116. Изменение эффективной вязкости в зависимости оТ эффективноrо
rрадиента скорости (цифры на кривых температ)rра в ОС)..
Внутреиний диаметр капилляра 1 AfM, LjD==50.
43*
676
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
. -. . .
..d .......-------- --------Lb.
,
.
Марлеке 50, тип 9 (Phillips Chemical)
Полиэтилен
Плотность при 23 аС равна 0,96 2jCM 3 .
Средневесовой молекулярный вес, определенный l\f-етоДОМ светорассеяния,.
126 000.
Среднечисловой молекулярный вес, определенныlй методом эбулноскопии,
8700
Пластифнкаторы, мяrчителн или наПОJ1нители отсутствуют..
В качестве добавки содержит 0,015% ионола-.
Индекс расплава: 0,9 e/lO мин (ASTM DI238-52T)..
10
.
,
d
1900 '2. БОО
' J
d '"",," ... r
....... jIIIIII J J'7'
......
J
О "" J,..
.... ". .... ....
150 . л ". ,
.JT
iooo' Jт ..Lr ........ т
" r
"" .",. ..
' ---''' 11
;21..../ ....... 'А..".... V
;' "" . --Т
..
..JII"" ..
. 7 j
,
....7 ;
. !
.
.
о
,-
C\I
(,:,
...
tj
t\,)
<'t5
QJ
:t: о f
<u
Q.,)
t..:)
10--/
10
102
CI
Э({JфСКl71U {JHbJlJ.
103
ераоиент скорости q/ЛR ceK. f
10*
Рис. 117. Изменение максимальноrо напряжения сдвнrа в зависимости ОТ-
эффективноrо rрадиента CKOpOCTI-l (цнфры на кривых температура ,в ОС).
Виутрениий диаметр капилляра 0.49 .JI.-fМ. L/D==9,З.
,ТЕ, нолоr.ИЧЕСI<ИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕ.IVJ.ЫХ МАТЕРИАЛОВ
67 7
L
10.. f '.
.
.
.
'\. ;
.. ...
. . 30
, r
... ..... -.о;:
1""'" ....
ВО
....... """
-u-
2?ОО
с. ""
.
Е"- 800
.....
о /000
"'u
.....
n..c$OO
....
"U.
"
.
C,J '.
1.;...
:t:
8\
..а
е:
10 z
.
'::S
Е:
s-
s-
(1) 10"'3
. ,
150
.
175 200 225 250
. Температура, ос
275
Рис. 118. i"Iзменение эффективной вязкости в зависимости от температуры
(цнфры на KpHBЫX . эффектнвный rраднент скорости 4q/7tR3 В ceK l).
Виутрениий диаметр капилляра 0,49 '.мм, L/D===9.3.
.
10....1
"
б
.Q,a
-CJ
'с
..
10--
c:i
t
!
'0
ю
.
.
[J. "'n ...... O(
"""'" .. ,
' '" ,
2
.
r .
IO F;;; {90
1 .-: О
<&РОо
.
. . OtZ
n.tsho
r i
.
102 103 10iф
эффе/(ти6ныu 8раоиент С/((}рости *q/лrr: сек;'
Рис. 119. Изменение эффективной вязкостн в зависимости от эффективноrо,
rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Внутренний диаметр капилляра 0 49 ММ. L/D=::9,З.
678 ТЕХRолоrИЧЕСКИЕ СВОАСТВА ПЕРЕРАВАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
.... ...
..
I 1:.1. .....
' '"<r
.
Марлеке 50, тип 15 (Phillips Chemical),
П о л и э т и JI е н
Плотность при 23 ос равиа 0,96 е/см 3 .
Пластификаторы, мяrчители или наntJлнители отсутствуют.
В качестве добавки содержит 0,015% ионола.
Индекс расплава: 1,5 2/10 мин (ASTM-D123s..52Т).
10
....J
с:с
tj
L\)
C"tS
t.) t
.
tj
:t:.
Q,)
t::)
10""
10
.
-
.L
- "
.
А D- ,..
А Л
.... r-J
I r
. J r
..
" J, 1
wм
I о =t " 7't rfP r ....
- loiii""
..IТ
l" r
.."t1I'
-т
190 r ..r ...
I ""7.. о
", 7'r V ,.oI!:,... z
7 .. 7 '*'" ",. "
,1"r /'" /"" .
.D' .."
,.
r
.
I J .
I I
I
; .
I . I I )
I
I ;
I
j r
I
102
ЭффектuОныi1 ара8цент
103
скорости "q/J[R ceK. 1
10'"
РИС, 120. Изменение максимальноrо напряжения сдвиrа в зависимостн от эффек-
тивноrо rрадиента скорости (цифры на кривых , температура в ОС)..
Внутренний диаметр капилляра 0,49 ...ия, LjD:::=.9.З.
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 679
"
10'" ,
"
'\.
"\.. JO
t!O
.....
... ....
)
. 200 ::а.
800
n.
/000 а....
"
.... 'v
.
c6lJO .....
n.
.....
...
со,)
L.:..
Рис. 121. Изменение эф.
фективной вязкости В' за-
висимости от темпер а ту...
ры (цифры на кривых
эффективный rрадиент
скорости в .celC l).
Виутренний диаметр капилляра
0,49 .м.м. L/D==9,З;
...
.о
Е: 10--2
со.)
с)
:.с
('1)'
-
Q::)
gj
::s
Q.) 10--3
е.
'1"_1,.. I
150
175 200 225 250 275
.Температура, ос
с\)
.:t:
10 "'2
"3С
I
"- ...
"'"
. .
"'- 1"-
'""'ra.... "' -.. !
" \L
.q:
-. w
1.10
"""111 ..... ........... ....... .А.
.... .........
. ........ '-
"" -
... r
....... ........
...... COOOI
, ..... r LJ.
i ./ .
...,1.... "'".. O о
...... \.,. ""'- LlL)'\.
'[ .
1.
U '1
"t r ,
C;'lo--
.
.
.
103 10" .
Cl<opocтl1 t,qj7lR? сек:'
..
...0
Е
t.)
10--3
:t:
Q::)
:з
10' 4
f(} 102
Эффехт118Н61U ерааl1ент
Рис. 122. Изменение эффективной вязкости в зависимости от э:IJфективнoro
rрадиеита скорости (цифры иа КРИВЬ1х температура в ОС).
Внутренинй диаметр чапилляра 0,49 M.м L/D==9,З.
680 ТЕХН.ОJlоrИfJЕСКИ.Е CBOI/fCTBA ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
о
::r
.о
c:t
::t
и
r::s
#0'"
.10
(О:
........
......
...
-..J
:"\1
.............
с..
"\)
:j
.'tJ
,
::J...
"OiI
.....
.
Марлеке 50, тип 35 (PllilIips Chemical)
ПО.1Jиэтилен
Плотность при 23 ос равна 0,96 2/СМ 3 .
Пластифнкаторы, мяrчители или наполнители отсутстуют.
В качестве добавкн содержит 0,015% ионола.
Индекс расплава; 3,5 2/10' мин (ASTM D1238-52T).
-
,',
.
.
.
.
....."!I
z.... L ... r::lio' ;JJ
1<r .А"'"/
".
K I,,, ..lr.Jl'
..... .....уо
О ,....,;"I ,,"
15 О ./ .",... " п .pt" ....
ioo' 1900 L#
t!!. y zБО,,;
,... .
:pr /'
V V Jf1.
;J ,
10.
\ 3ффекти8Н6Itl ераВиент скорости
103
4q/1СЯ:
1
-
сек;'
.
Рис. 123. Изменение максимальноrо напря}кення СДВНrа в заВНСИIvIОСТИ от эффек-
тивноrо rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Внутренний диаметр капилляра 0,49 м..м, L/D==9,з..
- .J
-'
11)4
ТЕхнолоrИЧЕСКI1Е CBOI/fCTBA пЕрЕрАБАтыАЕмbIхx МАТЕРИАЛОВ 68]
...
<-J
C:J
1:1:
tj
fO 3
FE
S.
r
i
t
...... ]1".,. .]0
-1 .....
O;: ..
-00 ...... ..
.....
.
..... . - t
lIii:; ",,'"
21.. 1
...:. . -.....d
""' , ........1}
I .
, 1 ,
...-- ..." ,
,1.... .
С ).. I
600 1
o - -.
1
, '\. I
/000 ....
..... __ ш. _ j
,
...... '-J
n. 2500 '-J
'о 4QOIJ -о
\
lI()Ii:;:
.
ot
10..2
'с
175 200 225
Температура, ос
ис. L24.. Изменеиие эффективной вязкости в заВИСИА10СТИ от температуры
(цифры иа кривых эффективиый rрадиеит скорости 4q/1tR3 В ceK. l).
ВнуТренний диаметр капилляра 0,49 ММ, L/D==9.3.
150
250
275
,
,
- i
,.
3 1O 2
cu
(.)
L.:..
....... ..
..". '\...
...
.....
...... .......
.... LJ S
""" ... т"..
... k 5;
...... i"'- /000
,. t- k? L J:
, ,... "I:L '
...L '"""""1 '"
1А /":
t-..... : OO
... '"
L..1.. L....
: <::?
"'--""'I 'd LVQ
pt
<?6'.A U
<:/"" О ""'1
1,-
--.
10"3
Q,:)
c"r)
.
,
I r
,
10 ...!,
,О
Эффектu{JНhlU
102 103 104
lpafJl1eHт скорости ч,IJЕЯ! ceK. 1
Рис. 125. ИЗi'ленеиие эффективной вязкости в зависимости от эффективноrо
rрадиента скорости (цифры иа кривых температура в ОС).
Внутренний диаметр капилляра 0,49 ММ, L/D==.9,3.
682 ТЕх.нолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕЛ\ЫХ МАТЕРИ.АЛОВ
. ...
..-с
fo '
10
fO
N
. ..,)
...............
.
...
-...J
'"'"
......
(\)
.:j
q)
tt:)
\..;.)
1
:I:
cl..
..-)о
....
а
о
.:t
.о
а
...;.
......
......
t..J
""-
ь....... ......... а.......
Марлеке 50, тип 50 (Phillips Chemical)
Полиэтилен
Плотность при 23 ос равна 0,96 2/ CM 'J.
Пластификаторы, мяrчители илн' наполнители отсутствуют.
В качестве добавки содержит 0,015% нонола.
Индекс расплава: 5,0 2/10 мин (ASTM DI238 52T).
.
I
.
, I
.
. .
J
.... ...
. Jr
.....
..... J?
. 1Т ..,.
1...""
. .v" ".
,"
"" it"" .,; .,. I r. ! r
O l./'" У .....
7' z: r "...
t5 Z ;J-r
19%
::7f
Cт. ;; zз
,..
ъ
,
у ....
. }
// I
,. ,
,7 /
У
Lr
102
ЭффектиВный ерааuент схорости
103
"q/71R! ce/(. 1
10*
РИс. 126. ИЗIvlенение j\лаI\симаЛЬi10rо наПРН)I{ення сдзнrа 13 ЗЗВНСИf\ЛОСТН от эффек"
тивноrо rрадиента скорости (цифры на кривьrх температура в ОС).
Внутренний диаметр капнлляра 0,49 мм, LfD;;;;;;;:.9,З.
ТЕхнолоrИЧЕСКJJЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 683
.....
.....
.о
t;)
D)
tj 10.'
&
,..
r
, ,
.
.
V
-
.....
'0'0 11.
(
r....
. V
200
t' .........
---=
000
r .....L '"
...
.... ....... /'000 :J...
.......
.....
.... cSOo
о
"*ЛОlJ
\"..
...
-о
c\l
10"'2
cj
,
:..::
175 200 225\ 250
Температура , O
f)ис. 127. Измеиенне эффективной вязкости в зависимости от температурь((цифры
на кривых эффективный rрадиент скорости 4q;'тcR 3 В ceK ]).
Виутренний диаметр капилляра 0,49 .мм, L/D 9,З.
150
275
i
, 'Т, ""
.J +---: I
} i fТ)
. i ;
. ....
...
,-. ":
I j i' .
I i i. '
Н+1"--1
-1 2 H
1 I .
.....
+-....I +i
, ;-tt+ 1
. .......................... -............... -
. + !
, J I t J
" , I . , . I
. + i:-i _- п I ' .. . .-I i 1 -
, . \, "'.'.-..J! 1 lJ 11 ' t
\,... ....... : ) L
o" :::Ы ! \l ; . . ,. :+
... >- ..... ""t/ Н .
). [, J"' ",J ., ...
. j.' f' ,
:, ' ' ",
t!. '- l' I
. o ...
'--:-..
..ы.... ..
.
.
..... .
.
,
+
,
.
j
;
Q'"
..)
'-:-,
, .
;
Qj
, '..
Jt
10--+
,А
10"3 ..-.4
.. ш' t t: }
, .
".. ....... ..... ........ ........................ .. I
.
p 1"
.' II!III\
..;H,, 1 1'
,.J,V, .. "......... ,
{ . . .... ;>. . '
' ""щ :
. . :"-'\
f I'CfiJ
: 1
,
I
,.
:
, ,
f
l
r.' ..i"":"''''' '''''''''''''''-'''''
.........................
!
..;. J.".j .. .... ........ ' .
, i I
j .
':Т .
I ! ,
I
I
,
...,- r.
10 . 10 d
эсрtpектиlJныu ерааиент скорости
;
t I
JiJ
_ 10 Ч '
4 q/7iR сек; 1
Рис_ 128. Изменение эффеКТIIВНОЙ тзязкости в зависи:rvrости от эффективноrо
rрадиента скорости (цифры на кривых . температура в ОС).
ВиутреННИЙ диаI'/rетр капилляра 0,49 .мм, LjD==9,З,
684 ТЕХНО/l0rl,tЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫвАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
'F
v"" ..... r
Полиэтилен DYNH (Union Carbide Со.)
Плотность при 23 ос .равна 0,92 с!см.: 3 .
Индекс расплава: 2,1 z/10 мин (i\STM D1238 52T).
1
t\1
t\J
t...)
L.:...
1o 1
....
?' ;
I
j
I
1
j
I
".. т'
.... .........
i
. 1 ,,"
I
,
t ........
f
r
,L
J
" 1 .'
r 1
r 1
, 1
.,
...
I
")
...
,
.... ........
........
..
,
C t
а.. <?с
( "тl
.......
a:::J
"'-
lo 2
'......
......
C1..J
е--
,<5' "'-. .'-., ...
"' "'-
п.о. -..;;:, r-.... .............................., ""
:l. c. "' ''",'
. ,
( 6/':1... l... .,
. --r). ""
1 \. / /) "'"-'::L 1. '-. 1
vo ,
r
I
( "с:.:. <? ,...., ""( J........... у\.. Т"'-.
. f:...( ......... $ ..
.......... " : = ......... !
"""'\..... '-. '''' j
i
............. .........
"1 .\... ..., \.. I )
$bo ). ""- З'
1.... !qoo "- ., )
. .
-о
t'...)
t:)
CQ
.,
...........
.....,.,;
...........
10"3
............ ..
,)
120 /50 ,18-0 210 240
Температура, ос
!Jис. 129. ИЗ 1енение эффективной вязкости в зависимости от температуры (цифры
на нрввых эффективный rрадиент скорости 4q/тcR 3 в cek--l).
Внутреиний диаметр капилляра 3,18 .мм, L/D==16.
ТЕхнолоrI1ЧЕСКИЕ CBOJ1CT13A r1ЕРЕРАБf\ТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 685
8fIII. .... .....
. . .............................. .. ..-- ...............
10
"
-
.
:t:
(\J .
1
C-,)
t::
..
...J
'U
c::.
Cl..
tj 10 1
"
150
"
I ... 18 а о
I '?10
А'" I
r ..
;;t ; T .
I
I !
>
I i
... ........ , ,
"'- .
,...
о
120
....
O
Z
,
,
I ,
-
.
,
.J
"
,
;
, :
,
с
.J"
....
1 10
Эфtpехтl1д н ыи ерааиеlfт
I i
102
схорости
t
t
f
; '
"'"
70'" 2
10 1
103
q/ЯR! ceK. '
10'
l1C. 130. Изt\'Iенение маКСИ lальноrо напряжения сдвиrа в зависи rости ОТ
э(t.ч сктивноrо rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Внутренний диаметр капилляра З f 18 А1.м:, L/D=:=16.
I
r"""""".
r
.
'-I..:
'"'
,....... _ I!t..
, I . '- ,j
" I... ." . I
' f;
\)"-. !', ..
4- .... ,
. - . -.,
.A. "".l. ",,-;{<f>Оо
i
Т,
i-
f
I
<
C:J
10 L
......
..."
i
............. ,
...
.ос)
(.)
с;:)
c'r)
CI:.)
10 l
:::s
Е;
:.с
('
с!) 10....1
10 1
I
............... F'oo",
., ..... ...
..)""
...,.k. ...... ,.. "- '/h Т1.. I ......\
.......... ...... ... 'Р-..... "-....
//л
I""'I VIQ""""'," .....
...",.... ? 1 .., t '",-
... .... . \ ' -
-,,;;;;. ..., ...... s;: ...
,
"'-.' "1 n . 'u..
-
, 'Т'o.............. '-'
I rl'--..," 'v-.
i r- ", "'-""" Т"
, : -'N 1 J f"
( , l } i , '""" ' ТТ;; I .
- j i . + . I . Нtr- ! '
I 1, I / · ., I ! "rr" [
-, ',:>
! -(; I'
.
п':....
! 1
'1
:
I
li
t .
-:..J..
J ... .
II : '
.
1
.
1
Эq;фехтu (jH{)JJJ.
10
2DaiJ'JeNт
f'
102
спорости
703
"qlfiR сек. J
704
Рве. 131. l'lз rеIIе[[не э:р рективной вязкости в завнсн лости от эсрфективноrо
I раДIIента С!{ОРОСТВ (цифры на .l{pHBbrX те!\-Jпераrура R ОС).
В 'утр('нний диам тр капилляра З, t8 ..ИМ, Lj[)=:= H .
686 TEXHC)Jl0 rI/IЧЕСI(I"] Е еВОу[СТВА rIEP ЕР AliA ТЫ НА ЕМЫХ МА TEPyIAJIO l3
-
Полиэтилен DYNK (Union Carbide СОа)
Плотность ПрfI 23 ос p BHa 0,92 ё/СМ 3 .
Индекс расплава: 0,30 2/10 Л11IН (АSТМ D12З8 521)
. 10
...
C\I
1
a:i
(.)
с.,
\о.....
r::
10 1
10 Z
10""
"
120
(}
... 150 "
160
/ "'" ". u" . Z 100
47 A""I о
..,, ! .. :' r
. .r; f \
". .
IIII!!IE;;..... - .._ r
....... ..."'"1 .
.:r t.,.,.., .
! . \ \.
. ,-" ./Т _
j...t'
-
I
I
1
.....
. I
1 10
эффектtJ(Jныu ераОиент скорости
102
4q/ЛН! ceJ(. '
103
Рис. 132. ИЗl\lrенение максимаЛьноrо напряжения сдвиrа в зави-симости от
эффеI(тивноrо rрадиента скорости (ЦИф 1Ы на кривыIx те;о.лпература в ОС).
Внутренний диаметр капилляра 3. 18 .мМ. L! D:::::: 16.
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
687
111..
.....1>8
.
..............
Рис. 133. Изменение эффектив
....
нои ВЯЗКОСТИ в зависимости от
температурыI (цифры на КрИ
BЫX эффеl<ТИВНЫЙ rрадиент
скорости 4q/1tR3 В ce1\ l).
Внутренний днаметР капилляра З,18 ММ,
LfD 16.
.
...............
l- . ....
..
t.>
'"
(
tj
, .
'o '
"'IIIt.....
.. ...............
..
.(:1
с",)
CI::)
t't;
CI:)
10 2
Q.J
Э
rt)
90
120 150 180 210
rемпература} ос
2ЧIJ
;'
,
f
N
"
t
со)
:Ir:: 10 --,
.
()
:t:
10--2
65
r..... ..... , ..
.-..u ,
r """
J...
-
-о-.:: '-I
J
, ........ I {?04JI
Itao
-
..
.... -
,
. A
.
.
l' ,
I
. "
:00
:1..L
fi... . т
.
,
. .
. :
t 1
"
.
. I
,
,
. ........ . I
10---3
10
I 10 10'
8ффентиВньrl1 :p{J{kfeHт снорости чрсп! cex. 1
Р[1С. 134. V!Зl\1енение эффек1'ИВНОЙ ВЯЗКОСТИ В заВИСИ 10СТИ от эффективноrо
rрадиента скорости (цифры на кривых те[\1пература в ОС).
Внутренний диаметр капилляра З,18 ,МА1, LfD=== ]().
.I- E X Н ()J'] О I УIЧЕ(:Кl--1 Е с ВО 1 1 С TB 11 Е РЕ РАБАТ Ы 13 Д EN\ Ы Х Л\Д Т Е Pl-fА ЛО Н 68
.. . .......-........... .. . -- .........
.............. ................... .
............... .......
-..................
!
10
ос'\)
:t 0.270
(,)
..
(u 0,255
с-,)
:.с
о,2чО
..
.о
Е: Q::)
lo 2 Ц225
с":) <\)a
. ,210 J
Q.)
0,195
J
.:3 о, 780
':::s..,
::.1..:-:.с D. 185
Э. ::s ,
8-
i it 0,150
.
10" v ,. \
. 0,135 О
150 175 200 225 250 275 SO 100 150 200 250
Температура, ос Температура. ос
Рис. 137. ИзtyIенение эффективной ВЯЗКО
СТВ В заВИСИi\10СТИ ОТ 'те\lпср3'fурыI (циф
ры на кривых эффектив Iый rраднент
СI{ОРОСТИ 4q/I:RЗ 13 ceK l).
1 \\ утренвиi% диаметр каПИJ1Jlяра l J 01 Б ЛiJrt, L/ D-:=:..12, G
р H . 138. ИЗi\Iенение l{ОЭффИЦIJ
ента теПЛОПРОПОДII0ст t в завн
симости от те:\Iпературы (цифры
на j(рИВЫХ даВ..lение в KT/CJ'l2) ,
100 0,60
yt:j
90
L:.....
80 r
I
I 0,50
70 I
!
...
-о
60 Е:
tj tJ
t)
50
.. CI.J
D::::
чО '......... ..qya
с:: I ,
-о I
ЗА : l
. .
; .
I ! J
J5 20 '; t1:
,
j :t:.
,0 1 I
\ D,зо
; J
r
О I
............J
О 50 100 150 200 250 D
Температура, ос
j
,
.
I
,
I
1
,
I
,
1
1
I
\
I
J
J
? O
...rb
J
50 ,100 150 200
/"rемпература, ОС
I
l
I
!
i
r
Рас. i i9. I"IЗ lевение ЭНТо,lЬПИИ в
заВI1СН JОСТН ОТ те[\.lперату рьт.
р не. 140. ИЗi\l\!.неlJЕе \' де.l ЫIОЙ теП<lсе .I-
..
каста в заВНсН:\fОСТII от Te\l пер (}ТУР Ь'.
44 Пере )абот«а теРМОn.7Jастичиых М8теРИ8J(ОВ
690 ТЕхнолоrИ4ЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБj\ТЫВАЕ tV\ЫХ .i\1А.ТЕРуIЛЛОВ
.......
....... ..........
.
- o..a_....... ................ . - ........__. . _ ..
Стирон 666 (Dow ChemicaI)*
ПОЛИСТИрОJl
Плотность при 23 ос равна 1 ,055 2/CM J.
Средневесовой 1\IОI. еКулярньrй вес, опреде 1Jенный J\-rеТОДОf\1 светорассеяния 9
375 000,
Среднечисловой молекулярный вес, опреде.пенный осмометрнчеСКИ!\1 мето-
до 1\1, 230 000.
I<онстанты уравнения состояния (P 7ti)(V (J))===R'T:
- 1t i :=: 1890; u) === 0,822; R.' О 81
Коэффициент те!\.rпературопроводности в интервале температур от -- З,9
дО 232 ос ранен 4,67. 10 4 M 2 j(l.
QJ
:r: t\'3 1
t5
1:. ....
.....з
C\.}
C)
r:;
t:j
10 1
t->
ct5
t.J
, о
Ю 2160 Or :J U tc ,.
Z [
;;;о
! ...
.... ;;;о
-" .... ,r .... r.o 0
, .,r:. "'.u
с;1<' 2 .......... ..... .......
""'" t;p: о V
""" ,.. ....
,... $у
v / ....
or
, /
t' ...
/" / ;' .....
I
r
If
L
-
1
10
Эrpфеl<тll!JНl:Jlll Ераоиент
102
схарости
103
ltqlЛR ceff.. 1
lJиС. 141. ИЗi\lенение l\'IаКСИ!\IаJIьноrо напряжения СДВНrа в за13ИСНl\IОСТИ ОТ
эффектив Horo {"раднента скорости (цифры на кривых теi\1пература Б ОС).
Внутренний днзметр капил.п яра 1, О 16 . IM, Lf D 12.5.
* ЗаВИСИf\,IОСТЬ теплоеi\1КОСТИ, теплопроводности и энтальпни от Tel\rHepa
турыI см. на рис. 138, 139, 140,
ТI::ХI-IОJ[()[I-1ЧЕСКI-IЕ CBOf ICTBA f1ЕРЕРАБАТЬ1ВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
691
::с
t.-:..
=-с
....
ос:)
10 2
а:
CiS
tj
10'"
.......
..... .
,
,
... ,
-n. щ."
"'n
"'"'- "
11"
.. --....... (:)0
....L....
8 OO
,.
'O 1 )
.........
' "
. -.= с?О>о" ..... "
f'ь.. ,...
3 . It"
...
..... .......
.. j
f2
,
10 /0
Эtpфе/(ти8ныi1 epadUetfm с/(ирости.
10 З
з
4qjЯR, ceK. 1
Рис. 142. Изменение эффективной вязкости I3 заВИСИi\'10С1'Н от эq)феI'ZТН3tН 1"0
rрадиенrа СК орости (цифры на кривых температура в ОС).
ВнутреНний. диаметр капилляра 1,016 мм, LjD== 12,5.
70 ,
r
,
1
.
j
J
.
i
,
1.07
)
r
.
.
.
I
-
.
!
j
t
I
I
!
с
,
,
{
.
,
I
i
\
,
.
.
1
!
,
I
!
1
I
,"'\]
с..:,
Q.)
t..)
"-...:...
tj
:t:
Q:J
Jc
Q,)
'D З
750
05
....
-о
CJ
CJ 10 2 +
t .
о;:: .
. -
1......
L. ( _.."... _ 6:
L . (.-с ".
.......... '(/
.. 14:
) :.J J /)')
I .X ''''" ' I
I '.. ......"
I /". <
t t ......
T 1 и
...
..а
ОЗ
O'
.
099 .
'J
I
. [
L _.
! J
}
,
175 200 225 250 275
Теl'1пера ljра, ОС
Рис. 143. J;Iзменение эффективной
вязкости в зависимости от те\fпера
туры (uифры на KpHBЫX эффек
тивный rрадиент скорости 4q/1tR,3
В ceK l).
ВнутренниЙ днаметр капилляра L1,or6 мм,
L/D 12,5.
0,97
О
50 100 150 20!7 250
Температура) ос
Рис. 144. lИз;vrененне П lОТНОСТН в за
ВИСИМОСТI1 от темпераТУРЬt (цифры на
кривых - давление в KT,/CJI 2 ).
44*
692 ТЕХ lолоr'iIЧЕСКИЕ СВОйСТВА [LЕРЕРАБАтывАЕАIЫХ МАТЕРl/I. ЛОВ
..
.
Сl"ИРОН 683 (Dow Chem.ical)*
Полистиро rr
fl,JOTHOCTb при 23 ос равна 1 )055 z/слt'J w
Средневесовой IОvlекулярный вес, определенный 7\-1етодом снсторассеННИ>J.
225 000.
СреднеЧИСv10l:30Й :\Iолекулярный вес, определенный ОСfvlометрическим лет()..
ДО .-J, 1 ЗО 000.
KOHcTallTbl уравнения состояния (P \ l1:i)(V Ф) R'T:
7!! ==: 1890; (u 0,822; R ' === 0,81
Коэффициент теl\-lпературопроводности в интерва.ле температур ОТ --.. 3,9
до +232 ос равен '\,67. tG 4 J\t 2 fч.
.
Lb
::t
QJC'1
1
81\
f:.JN
O?
4.\)
t.)
rc:s
10 f
10
..
. k ltlJ-
о
... 200 .
I,E/J
, 4;' .
... ;.;о .,;
.....
1 .
".
,... \
r:?Jr r :*"
", ttP
....
/ и '- у
. /'
/
d} \
СУ i .J
/ I t .
1
.
И
.102
Эrpфеlfтuf}ffЫЦ арааиеllт
103
екороатu "Q/fiR! сек;'
704.
Рис. 145. Из\,[енение lаI(снмальноrо напряжения сдвнrа il зависимости от
эффективноrо rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Внутренний диаметр капилляра 1,0]6 l l}4, l.jO.;:::= 12,5.
* Заннси [()сть ПI.Т10ТНОСТИ ОТ аН,,'1ени . II те 1l1ературы CJ\1. на рис. 144.
ЗавНсt1\10СТЬ энтальпни и уде !lI НОИ: теПJlоемкости ОТ Te\\ nepaTypbt ..C f.,..
на рис. ' 9 и 140.
ТЕХL10ЛОI I1ЧЕС.КJ/IЕ CBOI CTBA ПЕРЕРАБ.>\ TыАЕмыыx MATt:PL-IАЛОВ
.............., . . .......
b J
Рнс. 146. l"!зменение эффектив
.
j.[ОИ вязкости в зависнмости от
rе!\lпературы (цифры на кри
t) J')[х эффективный rраднент
скорости 4q/1tR3 В ceK l).
J нутреН!:iИЙ диаМетр I'(ЗПИЛЛЯРВ
I , О 1 б м /1.11 l / [) ==:;; 22!:j,
'1""1..81.
.... ............
................. ....... . .
...............-............... . . .
.................... ............ .-............
1
I
:t
""-
:i.. 10 2
...
.....
с.,)
C:::J
ct:)
ct:)
:::t
10
150
275
.
175 200 225 250
Температура, ос
--'.. ... ................................-..
10 ---1
Qj
t.:.
с
....
..()
,O
с"':)
,
tI::
tj
:::s
10"
... ......... ............................
" IS:
litL
Iio. Q
21 &Oa
:i.J "
...
oo
-
.
. "} <:? o);
n
&oo
,
""""IItIO...
ТlI......
..
::ы:
1
102 -
cnOpocmtJ. * qlJ[R cel(. 1
.103
10
Эффе/(ти.Оныt1 ераDуснт
I)J'1C. t 47, Изменеиие эффективной вязкости в заВНСИl\'[ОСТИ ОТ эффе(ТИl3ноr.о
rрадиента скорости (цифры на (ривых те!\--Iперат)'ра в СС),
Внутренний диаМеТР К:1пилляра 1.016 МА!, L/D ]2,5.
, .
694 ТЕХНОJlоrУlЧЕСКlr1Е CBOI/fCTBA I"IЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРI1АЛОВ
....... . ........... - . . .. --- .-- - " """""""'-'...
Стирон 700 (Dow Chenlical)
Полистирол
П.,10ТНОСТЬ при 23 сс равна 1 ,05'5 2/CM 3.
Средневесовой fО.леКУ:i яр НЫЙ вес, оп редеJlе Il ный :VIетодом светор Ciссея НИ}! j'
220 000.
СреднеЧl-IС oi l0ВОЙ :\10/lек J т .пярный вес, определенный ОС!\r'IомеТрИЧССКИ 1 Ie
тодо!\-[, 76 500.
10'" f
10
10
C1J
:::::s
t\1 .
C,.)
C
:t:: ....:J ....
Cb 1
a::
.()
t:t::s
::stU
t.:J
C
t:J(.:,
, = f:+---:+ j .
r
!
\ i Т
' t , .
. j
, I
О
180
.,
,1 200 T
,
о
"'"
. ZЦ.[J 1-
... ...
...
,
п' tТ .......1 ., во й
......
1""" ....
... I 2
I
(J'" .
4- ..А ......... ]1 .
..4l ... ...,.
...L. I
.JJJ ,..
IO u'"
. ..а, :..
.... .0
............
v . U ;JII 1f
.......
r -j 1 .
:?- ,.-t"" I
L-" . , ,
;;;:1Lt I '9\ .I -1 I , j o.
, I /" I ...
.i. i
V / I , I t I
"
f I + :
,
r...- I .
.....6 .....
'. \ . .
I )/ t
,
I
;' ,
v
-
102
Эсрфектu8нь/u 2рааиен/'Т1
"
10.1
скорости
10"
*q/ЯR! cel(. 1
Рис. 148. Измененне максималъноrо наПРЯ)i{ения сдвиrа в зависимости от
:-Jффективноrо rрадиента скорости (ЦИФРЫ на кривых - температура в ОС).
ВнутреНИИЙ диаметр каrIИлляра \,016 мм, LID 12,5.
] ЕХ Н 0..1 О r 1-1 I ЕС KI1 Е СВОй СТВА П ЕРЕР А БА ТЫВАЕМЫХ 1\1\ ..\"l" ЕР l-iАЛОВ
.......
-..........-. -,. .......... .............................. "'-
695
. . . ..
.;
10 I
t
.l .I
I
,
....J
I
.
j
I
............- V"" r t ....
............. - .................,............, ...
..
..а
10 2
t:)
::J
tU
10 з
.
\
. t -. r ! i
. .
i I t
'
l'
.
,
r
1. . .
(.)
.
:.с
i
Рис. L49. Изменение эффективной
вязкости в зависимости от теJWпера
туры (цифрыI на КрИВЫХ эффек-
тивный rрадиент скорости 4q/";tR:J
в ceк. l).
ВнутреНИliЙ диаметр капилляра L.Oi6 мм,
L/D:=12,5.
150
175 200 225 25О 275
Температура, (){,'
- .. '. - . -. - . .......
.. ...............-- .............................. ......
t
(.,)
QJ
,
':
,
. ....
...... ,
...!.
""[... r...
.... "- ..
t I
...,
...J... ""1
"""""- ""'- I
"'"tJ "- .
/
"""' сР о о
;
'N
"--- OOo
---
i
I
""1 J I
"- n
.... "'-
"- ...... '"
""" "-
oo '" r'\.
... '- ""
.. ..1:1
I Ъ. ft
... "-
......
........ , "
С&ОС "
'ь
...
. ""
L\r. "
""""'- b-
;
" ""' -с"
"'-
I
-
; '"
I N
i , I
'.
L , [ - "j ", !
.
..
ос)
fO 2
t:)
3с
(t:)
Е:
\,.
........
CJ
lО з
""5
10 702 103 70
эффектll8ныl1 арааuент скорости 4q/JlR cef(. 7
Рис. 150. Изменение эффективной вязкости в завис им ОС 'т и от эффективноrс
rрадиента скорости (цифры на кривьrх температура в СС).
ВнутреИНI-ti! диаМеТр капилляра 1,0 16 M....l, L/ D 12,5.
696 'r'EXrIOJ10r 1-.IЧЕСКI.-IЕ СВОйСТВi\ ПЕРЕРАБ тывАЕМЫХ МАТl::РИАЛОВ
...."""............... ...........
,
........ .1 . ""IV
- ................... . ............... ............
Тайрил 767 (Dow Chemical)
с о n о л и 1\1 е р 30. % а к р и л о н и т р и .п а и 70 o с т и р о J] а
ПJ10ТНОСТЬ при 23 ос равна 1,055 e/cM::I.
Средневесовой ;vlолекулярный вес, определенный 1eTOДOM светорассеяния,
177 000.
...,.
,
о t o , о
20 а п 2 O Z",O
T ...
O .
Z60:l
" 1
:::S
...
«u
",Q
1::""",,
.:::S::::S
t) li a '
. с,,)
.
Z
[...
v
2
p(f
1
.
70
Jффехти8нwи ераiJиеИfR, скорости
102
qIЯRJ сек.--'
,fP
(JИС. l51. ИЗ 1енение макснмальноrо напряжения СДВНrа в зависиrvlОСТИ (УI
эq)фективноrо rрадиента скорости (цифры на кривыХ - температура в 0r:) w
'Внутренний диаметр капилляра L,OI6 мм. L/D==12,5.
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
................. .
. ................ .........................................................
697
.... .....
10 '
.
,
l3
1..:.
с
<?о
...
..()
.
со)
(o 2
tl:
t::s
::s
tв
Q.
c"r)
O
80
0>0
1/0
Рис. 152. Изменение эффективной вяз
кости В зависимости от температуры
(цифры на кривых 'R эффективный rpa..
днемт скорости 4q/r: R8 В ce,, l).
Внутрен иЙ диаметр капилляра 1.010 мм,
L;D==12,.5.
... .- ..............., .....
1O 3
175
200 225 250 275
Температура, ос
....
.о
10 2
с::.
tr)
::з
lО з
1
....
.1
Iiiii; .J ,
1"1"
""""r\..
()..
"""11 "'"
..... n... r
, iI
.... ).
-....... }
r-- \..
\.а..
"t .......
j ;.J <b oQ
'1... "'-
(
... ,.. '=
"
........ .1. r"'\
"1-0
<?<f'On
-т ...
....... ...
1( 1..
...... '!ito o
)" "-
r
:"
....
f. " t , "
"Q ..... 800
...
J
" "ь
i'n.
u
,
.
,
10
.эффсктu{JныU ерааиент
102
скорости ч.q/JТR; ce!(. '
103
Рис. 153. Изменеl-fие эффективной вязкости в зависимости от эффективиоrо
rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
BhyTpeHI-JИЙ диаметр иаnилляра 1,0] 6 MA-t, L/D== 12 5.
698 "ТЕХ}lолоrуI ]ЕСКИt СВОйСТВА l1ЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕР1-IАЛОВ
""'l
........... .-- '..............
Люстрекс HF 55-2020 (Monsanto Chemic.al)
. П о Jl И С Т И Р О .}1
l1лотность при 23 ос равна 1,05 ё/СМ 3 .
Индекс расплава: 1,87 е/l0 1vtllH (АSТМ DI2З8 52Т).
. ВеЛllчины К' II п'
j
.. -- .............. .......,............ т---
К' п' !
I
,
I
\ i
I
... ,
Диапазоны rрадиеllТDВ
с.корости, для которыIx
ОIIреДСJlены значения
К' н п'
ceK l
Температурн
, ('
" <
204 0,056 0,52 1 30
204 0,112 0,33 30 104
260 0)0035 - 0,86 1 . 70
260 0,018 0,48 70 10 f
,
-
.
I ,
:
TaHreHC уrла диэлектРиifеских потерь при частотах, испо.п.ьзуемых Д.JIН
арки изделиfi 0,002.
,
I
10 102 103 10"-
.9tptpeKmu8Hb/U 8jJOdUl?Hm скорости 4q/ЛR! cel( ;
Рис. 154. Изменение 1\;lаксимальноrо напряжения сдвиrа в зависимоСти от эффе[{
тивноrо rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Капилляр с КОННЧссl ИМ ВХОДОМ, уrол 900. . внутренний Дl1амеТр [,59 ММ, E.jD===64.
10--2
1
r 1 1 1
r ! i
...... 209-
r.:.
I . " 280
1
. .
" ... 1..00IIII'"
.... l...o'"
..
, п
.. .....
,;'
.... i-'
?
"'1...... j,I
L...
4
" , .....
,
-' ""' 7
"
.(V" . ...
" ,
').
rL
, "? ,
!
tЧ
.
tb
9::
:::t 'o !
tJ
ТЕхнолоrИЧЕСКI1Е CBOI/fCTBA ПЕРЕРАБАТЫВАЕ1\;\ЫХ J\'\ЛТЕР1-1АЛОВ
699
................... - .
-.......................
.... .J1I
10---'
.
--.
..Q
t:)
la 3
tt:)
:::s
Е:
s-
е..
t"t) (О
175 200 225 260 275 ЗОО
Темпераmgра, ос
10 ...!,
1 10 102 103 lr1'
ЭффектиВный 2 aдueljт CКD--
рости ч q/я ceK ;";" .
I :п
'" o
{ !
)
J ,
J .
) · l
,...
.'
"
J
кУ80'
" "..
О
- .
п'т
I
.
10 '
!:.!l.
.........I:
"""....
/000
...
..
tO
Е:
(.)
10 Z
):
t.)
1О з
:::SL.:.-.
E::
.
as
N
l5
Q,)
с,)
10 2
Рис. 155. Изменение эффективной
вязкости в зависиrv[ости от темпера
туры (цифры на кривых эффеI{
тивный rрадиент скорости 4q/7:R:1
В ceK l).
I-(аnилляr с коничеСКIiМ BXOДO 1, уrол 900.
ВнутреННиЙ диаметр L ,59 мм, L/D 64.
Рис. 156. Изrvrенение эффективной вязко..
сти В заВИС:ИiVIОСТИ от эффективиоrо rpa..
диента скорости (цифрьr иа кривых тем..
пература в ОС).
Капилляр с КОНИЧеСН.ИМ входом, yrол 90 О , внут..
рениий диаметр ] ,59 мм, Lf D==64.
;:, 90
80
c:=s
70
(:) ба
::;,
tj :t 50
t:)
Q.;
::::S J. п
'IO
" за
Q.}
'::::1
:t:
c:u
'::r-
10
О
I
JффехтufJНЫU
! i I
} /
I
I ("
I t
I .,
J r Q
U. ,
7.,0/'
1 11 I
I
I J /С
i t
.
- l/'
, I
h ."
, "'"
.9 l.-'
/ / j
.Q "... "
i
20
10
zpadueHm
'/02
скорости
,аЗ
=l
4q/1iR; ceff. 1
1) НС.. 157.. Уве.личение диаrvrетра образца при выдавливании в зависимости 01
эффективноrо rраднента скорости 'при 204 ос.
I(апилляр с коничеСI<ИМ входом, yroJl 900. внутренний диаметр 1 59 MAi I /D==64.
700 ТЕхнолоrI1ЧЕСК 1Е CBOPf(:TBA ПЕРЕРАБАТЫВАЕЛ\ЫХ lViАТЕРL.IАЛОВ
.....
L
.
..................... _ ... ._ ... ..,....r. ...-. ........., ,............... ...............
Люстрекс HF 77..2020 (Monsanto Chelnical)
п о J] и с т и 1) о л
n"lOTHOCTb при 23 ос равна 1,05 с/.с,лt i.
l"!ндекс расплана: 0.34 2/10 мин (ASTJ\1i I)1238 52T).
Величины К' u п'
1
I
,
20 j [ 0,147 I 0,31
f
i ; 260 OtO l 8 r 0,54
-
l
!
I
T
102
'"
k f
( t...:
t::
a::
..Qt:l
'O
10
f
......-.........
\
Диапазоны rраднеНТGt-
скорости, для которы:'\
опреде.лены знаLlенИя
к.' и n'
се к 1
Температуr а
ОС
К'
п'
l
I
l
1
\
[
!
J 104
1 104
к:. '_ ''''''''''' ...._.'-' - .
F
LY"
О
zDlt FI..d'
:ifШ O "'"
zБ
йt
..L у'
"'"
.........
111""',.
....... r ... '
"'" ,,; ...
...
' 1,.'
f L../
,
.2
....
, .
ю ю 2 ю J
ЗrptpектiJ6/1l1iU paiJlJeH/11 скорости J,.qlЛ'Я cc!(. !
f.-?
Рис. ]58. f3 ieHeHHe i\AaKCHMaJ[bHOCO наПРЯ}l{ення СДВИI'8 в заВИСИМОСiИ ОТ -:;tp(pe
тивноrо [ радиента скорости (цифры 1 la кривых теl'.1псраrура 8 ОС)
Капилля[> с коническиМ ВХО OM, yro..rr 900, внутренниЙ диаметр ] .59 ...им, L/ Dc:::::.G4..
ТЕХliОJJоrl/J4ЕСКИЕ CBOP!l:TBA 11
L , ЕРЕ Р БА ТЫВАЕМЫХ 1\r\АТЕР11АЛОf3
............... ... - """""""'''''''''''''''''' ''''................_ ..........................
с\3
:t
fj
со)
t..:..
10--
.а
8
j
10"3
:з
s.
/O
1 10 10 103 1(/1
Эtpфектu6ныu 21l.aOUeHт СХ{lпости
"qjJtR C'i/K. f ,.. .
р НС. 160. ИЗ1\.fенеиие эффективной
вязкости в зависимости от эффек
тивноrо rрадиента скорости (цифры
на кривьrх температура в ОС).
Капилляр с коиическим входом, уrол goo,
виутрениий диаметр 1,59 М.М, L/D==64.
10'" 1
10 1
"
"-
t:
-.;;;
5
....
.......
...'"
.... ;:oa
"с,
;о
.....
..
1O !
10;"3
&. 10"'''
175
200 225 250 275 зое
Температура, ос
-
J
Рис. 159. Измен ние эффекти13
u
нои вязкости в зависимости от
температуры (цифры иа кри-
вых 9ффективиый rрадиент
скорости 4q /1tR. 3 В ceK l).
Капилляр с КОНИЧеСКИМ входом, уrол
900 I виутренний. .диаметр 1,59 м 1/1
LfD==64.
t:j
100
90
tj 80
(j - 70
IU
БО
50
40 -
:t:
-за
20
10 ,."'
О" !
1 IO ю 2
ЗффехтuднмlJ e1!ruBueHт
"q j:ILf(; ceff. 1
I
Q ... . .-.
f) ) ./
ff'
[ 1 :t?f
",
и--ё
,
" ]
--
..........
- -
...........
! I 1, I
i. " . +.i t + t . .
. I I
_ t . I i
103
CtrOpocтu
l)ис. 161. Увеличение диа!\1етра образна
при выдавливании в зависи tости от эф
феКТИВИОI'О rрадиеита скорости при
232 ос.
Капн.пляр с коНичеСКИ1\1 ВХОДОМ, уrо.л 900, ЕНУТ.
оенниt1 Т1иа\1СТ[J 1.59 ММ. L/D 64.
701
.......... .................... ................. .................... . -
РО
a.J
.
.
rJ
..2 о
<? ao 1.
....
-
- I
.
.
. -"
.
.
.......
....."
I
.... .)...... . - :::;;;
d2 ...
.cv
/
-
.
СЬ
..
ЦI33
2--
.
-...:
Е: О, 118.
;r:.
- .
. ;:s ..
е.;:'
1"1 qюl,
о
· 50 100 150 200 250
Тсмпература. ос
Рис. 162. Из енение коэф
фицпента теП,ТIОПРОВОДНОСТI1
в зависимости от те1\.rпера
туры при даВ.1енин 1 ат.
702 ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВойСТВА ПЕРЕРАВАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
...... .............. .......................
Люстрекс НН 99A.5 2020 (Monsanto Cllemica))
ПОJl11СТI1рОЛ
П.}10ТНОСiЬ при 23 0 С равна 1105 c/C,J.t 3 .
Индекс расплава: 0,53 с/l0 .мин (ASTM Dj238 52 r),
Величины К' и п'
, ""'ЧЬ.
IJ I Днапазонь[
. rpaAHeHToB
J СJ<ОРОСТИ, ДЛЯ которых
I J
T M перGlТУIХl t l
1(' ('1' опред лены значения
ос
! К' и п'
се к 1
i
r
204
204
260
260
О, 1 05
О, 175
0,014
0,04
0,5
0,-31
0,66
0,41
j .
I
1 20
20 104
1 - 50
50 1 О.
.TatireHC уrла диэлектрических I1отерь при частотах используемых для
СВ8рКИ изделиi1, 0,001..
10.'
I
r . r r r I I I r
I L J ... IL, О i I I
1,
t.J..... .
, T
",. (. tI- ..
(
, ... ZgO
.
;;d liiII!
...
...
....... ..
J
.... "," ......
'. ,
" ,... ... I
1..... N
--?r
".
I
..
rr' I /"
1: 7
"':
L..
...
.,.
.. .".
1/1"
.....с
"",..
,L...
:/
1-
.
.
f
:r::
Q.,,
tr: u
с: ас
rc ,o 1
C::S'(]
t.):::J
10
ЭсрфеlШ1u811Ь'U
102
2padUeNm скорости
70 З
4 qjJiR; ('el(. t
10"
l)tt{"
ll ,
,
163. И3 "1енение максима L Т1ьноrо напряжения СДВИl""'а в зависимости оТ эФ[J eK
тивноrо rрадиента скорос1'И (цифры иа кривыI '.1'е 1ператураa в ОС).
l(аПНЛJIЯР с н оничес«ИМ ВХОДОМ J уrол 900, внутренний диаметр 1,59 ММ, [. / D-:==64.
l'Ехнолоrl1LIЕСКl/1Е CBOI CTBA ПЕРЕРАБАТЫВ АЕМЫХ Jv\A ТЕРI-IАЛОВ
7 U -'i:-'
,
.
. .......... . .......
.
э
1O 175
.'
-i?
......
К
....
/O
, .....
.....
........... .
1'00а
s
...
..
10 1
c:j
сь
t.,)
L:...
:с
'" 10 2
..Q
(:)
Q:::)
I
t-.3
I
i;
.JI ' fl
"\..A.
'11..
,
k \.
" '
j j
'
"Т,J
..... '- 04'
1Ч:J! \. :У;; о
Т' "' .
JL 'ь. "NJ.
..
I
,
..... .
1
, ,
[r' .
( tНtf
: i..
\ \rr
1; ! ) I
r '! pTrr
I
..
-t)
=-с
I'r)
1'0 '
с,,)
t:t:
t::s
€ :.с fO 2
(1:)
-
\
1.
i 1'.
r i
1: i
."
200 225 250 275 300
Температура, ос
Q:: 10 З
:;
Q. 10 " (
1 10 102 103
. u .
Зq;ФСl<тuОНЫlJ 2р'адlJент
расти 4q/ЛR! сеК.....!
,
\ ( '. j I
!} ',t.
1 !' 1
i \ i . j
'#'
"'"
'-\.
'11\
l' ,
ll
104
CI<O
Рис. 164. ИЗl енеине эффектив
u
нои ВЯЗ кости в зависнмости от
теl'vIпера1'УРЫ (цифры иа кри-
вых эффективный rрадиент
скорости 4q/1CR. 3 в ceK l).
К3ПИЛJlЯР с коНичесКим BXOДOM, уrол
90 о , вн У т peHI-IИЙ диаметр L ,59 мм I
LjD===64.
Рис. 165. Изменение эффективной
вязкости в заВНСИ 10СТИ ОТ эффек
тивиоrо rрадиеита скорости (циф
ры на кривьrх ' температура в ас).
Капилляр с коиическим входом,. УI"'ОЛ 900
внутрениий диаметр 1,59 мм, LID 64,
100
90
I ,с:::.
t:)' 80
t:) ::з
70
БО
50
40
:X::
30
t"f) ZO
:>;,
10
О
1
(
с
-
! I , 1'"
.
.. - Q I- ?
Ol.t ,,"
() /
'
-
1",01
T
....
"...
10 102 103
Зtptpектl18.ный 8Ааоиент cKO;7DCm/J
4.f//JlR сек. f
Рис. 166. Увеличение 'ДНЗi'летра образца при uьrдав rr ивании в зависиrvrОС1И ОТ
эффектив Horo l p адиента СI(ОРОСТИ при 204 ос..
КаnИЛЛЯ[l с КОI!ИЧСС'{Н i ВХОДОМ, УI ОЛ 90° J Pfl YTreHHHlI диаметР 1,59 .М,М J [, / D===64.
704 ТЕхнолоrИЧЕСI(I1Е CBOllCTBA 11ЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАJIОВ
..
...
.............
...... .
Люстрекс LHA..1000 (Monsanto CheDlical)
Композиция полистирол каучук
Плотность при 23 ос равна 1,06 e/cAt"J.
Индекс расплава: 1 35 z/IO мин (ASTM.D1238 52T).
ВеЛ1J,циньt К 1 u п'
Температура
ос
К'
(1.'
1
l
Диапазоны rраДНеНтов
скорости, для которых
определены знаЧення
К' н 11'
ceK l
204 0,035 0,68 1 30
204 О, 114 0,33 j зо 104
232 0,015 0,82 1 40
232 0,051 0,39 40 ] О.
260 0,007 0,71 1 102
260 0,02 0,48 102 10"
f
C\J
8\
/O
-
'---
!
r 204-
.; 232
..... ..l 260
...
»
.....
!""
D""""'""
.... ....,,-
J.
"?
...
iJI'
t1
7 .
.
IТ
,;'.
/.,
./
....
,.... .....
..;I'
,-
,
..,JI
,.'.;'
,.'
.1 ,."
z
J ."
",""
ro .i'"
fi
.r1
,..
10 2
1
-1,"
t
10 102 103 10.
.9tptp6'Kmu8HbIi1 ерас1И6'нт скорости 4q/ЛR; cel(' /.
1 ) 1 . 167, J;lзменение 1аксимальноrо напряжения сдвиrа в зависимости от эффек
.THBHoro rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
КаПИJjЛЯР с коИнч сКИМ входом. уrол 900, внутренний ДIJаМетр 1.59 ММ. LjD==64 "
ТЕХl1ИJ10rИЧЕСКуlЕ свОй( ТВА. ]lЕРЕРАБАТЫВАЕ \ЫХ /V\АТЕРvIДЛОВ
7ti5
.................... ..
..... .... . - ..".
N
а.:.
t.J
)с: 10 2
...
.с
. t.J
10 ...3
9-
J.
... J 10 "
1 Ю ю 2 юЗ Ю
Эtpфекти{Jныи ераОl1ент скорос..
fПlJ 4q/ Rf сек;'
10 1
t'I
10 f
1...:..
"
-Б О
:S; "'s;
-.....
1III...e70"'"
'""- '""' ""'"
....
.. LТOO O ....... ,
"""L
...
"оС)
10 Z
t.5
t')
10"3
'*
п) 1O 175 200 225 250 275 300
Теиперf1. т !JРU, ос
Рис. 168. Изменение эффектив.
u'
НОИ вязкости в З8ВИСИwIОСТИ от
температуры (цифры на }\ Рl1
ВЫХ эффективныIй rрадиент
скорости "4q/nR 3 в ceK l)..
КаПИJJЛЯР с коннческим входом, у['о.п
900, внутренний диаМеТр ] .59 .. M
LID==64.
.... ,. . ..............., ................... .......
m:
,
.
.
- I
...
roor.... <.?O о
rr-
1"
,
2600
k "N:
I ..
,'fW
;m: -
.
I
. ffl:
Рис. 169, ИЗ 1енение эффективной
вязкости в зависимости от эффектив
Horo rрадиента скорости (цифры на
кривы -те1\1ператураa в ОС).
Капилляр с коническим входом, уrол 90° r
внутреиний диаметр J,59 мм, L/D==б4.
*50
40
зо
ci5<f5 20
'"'
10
о
1
. i
! t t/
. V J
О
. у
Z6
I
....
.J'
-<J
....
.....
ю ю 2 юЗ
Эtpфекти{Jtfыи 2рааиент скорости
lt Q/JCR; cel(. '
Рис. 170. Увеличени диаметра образца при ВЫдавливании н заuисимости оТ
эффеКТИВНОI'О rрадиента скорости при 260 ОС.
1,&IIИJJJIЯР с RОН11чеСl<.ItМ ВХОДОМ, уrол 90°, внутренний диаметр 1,59 мм. L/D б4.
45 Пе-реработка терМ()П., Jастичиых маТ РН[lЛО{)
706 ТЕХНОЛО[уIЧЕСI(ИЕ CBOl CTBA ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРI-IАЛОВ
...
................ .............. . ....... ....
Люстрекс LSA 843 411 (Monsanto ChemicaJ)
Полистирол
fIлотность при .23 ЬС равна 1,05 с/см 3 .
Индекс расплава: 1,33 с/10 лtиfi (ASTM D1238 52T).
10
,
QJ
Cb
I
'-3
t3
:t:
QJQ...
t:)oq
C\)
10...1
:t::
ВеличиНbl К' и п'
..
Температура
ос
ДнапаЗОНI>1 r адиенто.в
скорости, дЛЯ КОТОрЫХ
определены значения
К' н n'
ceK l
К'
п'
.
.
.....
135
149
163
177
0,665
0,252
t
О, 161 r
0,091
Ot48
0,46
0,40
0,42
1 104
1 104
] 104
1 104
,О tJ
О J 4!t- 1БЗ
1з6
t)_,,7 .. D
./ t7Z-.
[
" ,,- 1....
,<r
n.r ",.
....-
,...
......
rfI/I"r: ,-
V ;:JJ t""\
1s
rИ
,;""
..'Т'
/' .JIII'r !
"'u
1"'''''
"
..-d
....
.
.
1
/0
Зсрфектuf}НЬJU
102
ара8иент CJfOpOCтU
104
10 З
чq/ЯR! cex. 1
1.71. 11ЗIVlенение IакеимаJ[ьноrо напряжения сдвиrа в'завиеимости от эффеl\k
t. о
тивноrо rрадиента скорости (цифры на кривых - те:vIпература в С).
Капнлляр с f<оннчеси.им БХОДО f, УI ОЛ 90°, ЕнутренниЙ ДИ2МеТD I Б9 ММ, L/D:::=б4.
J) не.
ТЕХНОJ]ОI I/IЧЕСКI/fЕ CB()I';l(:TB \ IIЕРЕРАБАТЫВАЕN1ЫХ 1v1.д.ТЕРI;J; ЛОВ 707
................ ."""""""" -".... ... _.. ............
-------...... .................. .
...
.с;:)
8 10 2
t:::)
:t:
,О З
EJ.
'00, 125 150 17S 200 225
Температ,чра. ас
""Ii
1"\..
"
lJ
"
-.. .1
'"
.,..
}.
"'
..
I
i ,
'"
I
Ка
j....-
t.J
10
Qj
t.J
&...:..
I ) 1: t4+: : L ,
r
! i ,i ;; . ''ll',.fJ
,
! нп ; .1 j !{
I i j "
1 I 1 I +-- ..
lJ'
1 . ; . I ' !
I
! j I ' ! f . I . т ,
J i t I L' I
I f . 1
, 1 + ,
1 i Т r ,,: .
, 1;
. I [; I fI I j ; I
I i I
1 ! \ (
-
. т
, Т..
lm h . ,
. I
"N; n.. т r
,
\ '.
N; ,
ы
' 40
' r-., I
2
.
I
T
vв
/":). .
(
. .
I
,
.
.
1 10 10 103 10*
.ЭtpфектиВffыи 2раОl.lент скоростц
чq/!rR; CCIf.... t
10 1
Q..J
t.J
""
.
<
.....
t..)
t:::)
10
::::s
10--3
Рис. 172. ИзrvIенение эффект и в
.
нои вязкости в заВИСИМОСТJI от
теI\lпературы (цифры на кри
ВЫХ эффеJСТИВНЫЙ rраДйент
скорости 4q!т:.R 3 Н ceK l).
капилляр с Коническим входом, yrOJl
900 , внутренний ДИаl\-Н:Т р 1, 59 MA'l,
L/D==64.
Рис. 173. Изt\1ененне эфq :еКТJ ВНОЙ вязко
CTJ1 В заВJ1СИ1\-IостиJ'от эффеКТl1В HOrO rpa
диента CI{OPOCTJ1 (uифрыI на., кривых
. о .
температ)тра в С).
Капилляр с коничесКИМ BXOДOM уrол 90°, BHYT.
реиннй диаметр I ,59 M. l, L.jJJ == 64 .
110
ТОО
I I
7
,
.
! t71
,
о
\1/ ...
1/
..
I..J"
.....
/0 102
ЗффВlfтufJныu :fпaaueHт
ч q/:!lR; ce!(....
10З
скорости
,С) 00
I ....... .J
"=> ...,
80
R:t:
70
50
<tS
. SO
::.1 40
::.1
за
tr)
» 20
10
О
1
I)ИL 174. УвеJlичение диаi\Iетра образца при выдаВи1ивании в заВИСИ 10С'I'И О!'
. эфq)еКтивноrо [раДl1ента скорости при 177 ос.
Капилляр с l{оНичеСКИ?\1 ВХО'дО;\[, уrо.л 90° I внутрениий диаметр 1,59 .м.м, L1D==64.
7'08 т EXI [U.}10 ['11 ЧЕС К I.{ Е ( {)()1 "1 C'I НА 1"1 ЕР EP.Af.:>A Tbll> A.t;V\bIX tv\A l' ЕРИ/\ЛОВ
'.....
.I'.........._ - .................... .....
-.............. ...... ............ ..
................ ..................................... . ___ . . _... _ . _ J'" .._ ....... _. ." ...'.. . . .... ........... _.
.................... - .......
Люсtрекс н Т' 888..] 000 (Mollsan t;o ( hem ica))
. .
к о l\1 П О 3 И U И}l П о л и с l' И I) о . к а у7 ч У h
(iJIOTHOCTb при 23 ос равна 1,07 с/с.м. а .
J fнлеl{С раСПJJава 0,86 с/10 .м.иы (ASTM 1)]2:j8 521'J.
Величины }(' u п'
. r
1\
I
"
r
п' I
,
\
,
I
,
.d>. ....
ТсмпеРCjтура
ос
Диапазоны rрадНеНТОЕ
скорости, для которых
nпrеделены ЗНачеНИЯ
К' rI п'
ceK ]
..т-----.-... ..........................r- .. " 1 ".>d .............. ... - ,......... .... _ . .
204 0,084 0,42 1 .]0
204 0,119 0,35 i o . 1 04
232 0,024 0,53 1 25
232 0,063 0,38 25 104
260 0,015 0,52 1 . 102
260 0,042 0,40 1 02 ] 04
raHreHC уrла ди ,аектрическИХ потерь npJ1 частотах, используемых для
варки изделий, 0.003.
10..z
,
й.. 118
?Olt - ...IC '
,*'" zзict .
,.. -r:
",,- БОС
. 2 .
." ',;0' ,
( .' ' '"
.-.J
pj :;t 0/'" I-'l
J-
,,4
tt../
.
.17"
n -'
..:: 7'
...t1
" .
r
3
10 103
JrptpeKтu6HbJи ераОИ8нт скорости
10
Ifl/./ЛН: C8K. '
10.
,
t\J
N"'
10--1
t"tS
t..:J
j)ис. 175. Изменение f\laKCI-Ir.1альиоrо напряжения сдвиrа в заВИСИi\1QСТИ ОТ
'эффективноrо rрадиента СКОрОСТИ (цифры на JСрИВЫХ теrvlпература в 0(.),
Капилляр с коническим входом t уrол 900 ВНУТР НИИЙ диаМеТр 1.59 .ММ, [/4 0::::::::64.
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
..
709
..
,
10""
t\1
с:...
Q.)
t.,)
10 2
..(:)
G
..
10 j
с::
t3
R {o 1
C'I5
1
...
.()
<
с:)
fa Z
. t:j
a:;)L..:...
1O
f
a
a
f · <> \( 1
мt
, 811
80o ...... ,, \
, 11 !
. J
t
)"
70'" ,
, .
O
S... .
.........
"-- "'<70
...........
J "'-1..
........ ""
з """"\ 10... .!ООО
J I
*'
?
· i
l
I t I f
j f
i
. )
1
.
.....
.. 1.
r- .
ЧJ
,
.
1
,.
{O
175 200 225 250 275 ЗtJо
Температура, ос ."'
1 10 102 103
Зtpфентuf}нь/u ераоиент
рости 4qIЯR ceH. 1
10*'
CI1-0
Рис. 176. Изменение эффектив
НОI'! вязкости В заВИСИr\10СТИ ОТ
температуры (цифры на кри
Bb X эффективный rраднент
скорости 4q/тcR 3 В ce,, l). .
Капилляр с коиическим ВХОДОМ, у["о.л
90 о , внутренниЙ диаметр. 1,;;9 А' А(,
LID 64.
Рис. 177. ИЗJ\'1енение эффективноЙ
вязкости в зависимости оТ эффек
тивноrо rрадиента скорости' (циф
ры на кривых температура в ОС).
Капилляр с коннческнм входом, yroJ] 900 ""
внутренний диаметр 1 ,59 мм, L/D 64
* 70
БО
50
'10
rtS
ЗА
20
::r-
10
>; о
1
.
?dt. ,
n
"'" ,,--' .....
.... .",--
с
io""'
,."
,... ...
...... u
,.",""'" 1
,.l .. . !
11"""
" ...... .,
..
\
.
10 /02 103
ЭффектuОJ/ыl1 2DaOUeHт CJ;OpOCт., i
l;l//ff(R! cel(. t
Рис. 178. УвеJLИЧСi ие ДИН\Iстра обраЗIl,а при ВЫДавлинании 13 заВИСНУ10СТН О'
эффеКТlIRноrо rрадиента СIСОрОСТИ при 260 °l .
Капилляр с I<ОНI(чеСI{I.IМ входом, уrо..п 900. внутренннЙ дна M Tr {. ;/! 'il.H,. [... / D ===64...
7] о - TEXf-f()JI() rr-'fЧ ECKI1E СВО1/!СТВА ПЕРЕР АБА ТЫП Е \\ЫХ !v\A ТЕРl'IДЛС)В
... ...
,
...........
Сополимер RMD 4511 (Union Carbide Со.)
с о п о .Il И 1 е р с т и р о ..П а с а к р и л о н Ji Т Р И Л О I\'I
П.}10ТНОСТЬ при 23 ос равна 1,07 :::/с.Н:';.
10 '
!(] !
"
\
- I
.
r
:
I .
.
:
. r--------- r :
,
...
: 1 i:F
----
f .
1 , I j )Ip:::f""
! I О [
I 700 -
j I \
" i \ ". ,.,.
I
f - ... ....
. о V ,
j 1 J ;t1"
ш
/
1
I "' ",
. ". .., ..,.
, '" "
.
. 1r
.
i
;
-
, ,
!
,
'j
,
"
,)
.' !
j ,
10
<\;)
Q.)
C\J
:t
t.J
tj .....
:r::....:J 1.
fUct:
-o
::з
t:)
:.::
tj
1 10
Эффехтl18НЬi(J aparJLlef1 I Пl Ci{OPOCтlJ
102
4q/Я'R celf 1
103
Рис. 179. И.з ленение l\-IаКСИl\Jальноr.о напряжения сдвиrа в зависимости от эффеI\-
тивНоrо rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
ВнутренниЙ диаметр I\:апилляраr 3.18 МА!, L/D 4.
ТЕХНОJJОI"уIЧЕСКИЕ СВОИСТВА ПЕРЕРАБАТЫВД.ЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 711
........ ...........
.. ..1
..
of
I
I 1 I
S ...{.k ). .j!--I
.
"" ...
.. ."
.
.
1:11:;
I f :.,: Ooo
I -"'1
,
t"'L ::!C O
...
..... 10.. ,
")
. .....
.
.
"'-. "'
. . "UI "cl т:...
t .....
I
.
I ",,
.
....1
с.
t.J
.с.)
t.:.
...
Е:
g 10 1
:с
<':;;)
....:
... .
....)
е.
Jt 10.-2
10
1 10
u
Эффеlfти8liЫlJ. . 2раОl1ент
1у2
cJ(opocтu 4-q/JtR: сек-:'
..
.103
Рис. 180. vlзл-rенение эффективной вязкости в заВИСИf\'tости от эффективноrL
rрадиента скорОСТИ (цифры на КрИВЫХ температура в СС).
Внутренний диаме'l"р капилляра З,18 ltU,{, L/D=::.4.
712 ТЕХНО,JIОI J.1ЧЕСКуIЕ СВОйСТВ.l\ ПЕРЕРАБАТbJВАЕ1\1ЫХ МАТЕРИАЛОВ
.... ........
..... I
... .........
Экстра высокопрочный полистирол TMD..2155, TG DA..200 1
(Union Carbide Со.)
Модифицированныii полистирол
rl.лОТНОСТh пр 11 23 ос Р ав н а 1.03 2/'c..M: А
10--1
10.... 2
10
Q.J
ct)N
Sl
:ac:
:t: ...,J-'
cb 1
.q
t:f
(t:)
(.)
.
о < ......
'15
2:2
zO 60
з5
1"-
J .
i .
10 1 1
Jффектu8ныи epolJиef/m
10
C/fopocmll I,q/1iR: ceK. 1 .
702
I)ис. 181. .1З1vlенение !\I3КСИI\'IаЛЬНоrо ннпряжения СД.ВИ1 а в зависимости от э<t фек
тивноrо rрадиентз скорости (цифры на I(ривы1, теI\lператураa в ОС).
Внутренниii Дi.,аметр I{аПН.Тlля-ра 3. 8 .М.М, I /I)== 16.
т t. Х 1.IC)J10 I И Ч I:C l(И Е СВ О r1C т t1A n F: Р Е Р АБД. Т ЫВА ЕЛI ЫХ МА ТЕР l'IАЛОВ 713
........ ............... .. ...............,..........._ ........................ ..__ ................- ....... . . - '-." - о.. . ._ . .. - . __ . .... . .-
Рис. 182. из lеНеиие э<рфективной вяз..
JСОСТИ В заВИСИI\IОСТИ от температуры
I(ЦИФРЫ на кривых эффективный rpa
диент скорости 4q/1tR 3 в ceK l).
BII утренн й . ДИ3 iетр каПИЛЛ5Jра 3, t 8 J'!..H.
L/D=; 16.
...... ...,...
.
1O ,
.
J I -
. . .
а...
""
2
.
'4 .J
s
/0 (
.........
. "-
2
\....
-
а..
.........-..... 50
............
q /00
" OO
- ,
. .
. 500
о-
I
I{)OO .
'"
з ...,..
....
..а
5
.
Q::)
10 2
::::s
10
. .
175 200
Температура. ос
255
, - """"""""'''''''''''''''' I .__ -... .__. .-r................ . . .._-
ю з
10... f
QJ
'>
L-.:.. 10 ... 1
3с
.о
е
(,J
t:)
(')
10 2
q:,
::s
QJ
&
- - . - - . - ...
.
I . !
.
. t
.
V;o 11
.
a
1 е;>а
.<::?
t
I
0'0
.
- .
.
.
,;
i .
1
Эффекти8ный
102
4-q/:ЛR сеи. '
103
10
2радивнт скорости
Рис. 183. И3 lенение эффективноЙ вязкости в З3ВИСИ]\IQСТИ от эср.t 1 еи,тнвноr-Q
rрадиента сКорости (цифры на кривых температура 13 ОС).
ВНУТРСI .ни i-1 Д1 J(1 ICTp К lПI fлляра 3. 18 ..И м, I../l) 1 G.
714 ТЕХНОЛОJ"'ИЧЕСКI1Е CBOllCTBA ПЕРЕРАБАТЫВАЕМbJХ 'V1АТЕруIАЛОВ
---------.v --------.w""
.
.-
ВИНИЛОВЬIЕ ПОЛИМЕРЬI
reOH 8700А (В. F. Goodrich Chemical)
ж е с т к и й П о J] и в и н и л х л. о р' и Д
...
П.паСТllфикаrор отсутствует.
... ...
.. ....,,"
.1'"""""
1
I
- () "' 1
71 .JI'f"""
-.... .,. t'
О 1 T ' -'i
1 63 r .
'
....
.., &r c:: .. f 9 О
r .J''''''
"
".
QJ
:j
сь 10
I:
CJ::t...:'
QJ
t:j
C\J
tJ
<ftS
1
1
.
,
,.
10
зtpфех(п118.ныu е.ойаl1еНli1 {JIfOPOCтU
102
*q /1i.R,3 ceK. 1
/03
рис. 184. ИЗ1\fенение :vIаКСИ /lальноrо напряжения сдвиrа в заВИСИ1'УfОСТИ от
эффективноrо rрадиента скорости (цифры на кривых те 1пература в ОС).
ВнутРеННИЙ диаМеТР капилляра 2,38 M,'\'t, LjD=:8.
....
..Q
Е; 10 1
:::s
Е:
).....
Q.)
Э.
10 2,
150
t104
.....
..
..., L.
-о L,.4cJ
...... 20/
---- -о..
40.)
о.-
.,.
"
.
,
cof
со)
L:-
,,-
....
160 170 180 190 200
Температура, ос
IJ пс . 185. Из rенеиие эффективной вязкости в заВИСИ 10СТИ от температуры (ци(рры
на КрНIЗhlХ - эффеI{ТИВНЬIЙ rрадиент скорости 4g!-тт:.R 3 в ceK l).
ВнутренИий ДН8ме Т Р капилляра 2,38 М"и . L/D 8.
ТЕХ HOJ10 }"'l'l ЧЕС i( 1[ (:BOI ICTBA IIЕРЕР АБАТbIВАЕМЫХ МА TEP1-iАЛОВ 1" J )
,
....................
t..:..
....
..с <1 0
1
tj
:.::.
C!I:::i
Q::;)
Е:
Э.
Э.
с":)
,O
.
183' . .
..
177°... ,
N
/BO
't} (
i
I t I
I ,
I
I ,
1
.........
\.'
t
2 -
1
10 102
Зr:pr:pеlfmuдныll араОиент C/fOpOCт U
у.чj!lR,9 сек;'
103
Рис. 186. ИЗrYlенение эффективноЙ вязкости в заВИСИ;\'10СТИ от эфреКТИВНОI О
rрадиента скорости (цифры на КрИВЫХ те1\:lпературs IЗ ОС).
Виутренннfi диаметр капилляра 2,38 мм, L/D==-8.
lfO
I .........::J
.........'
'-.J.,
::j
t:5
ЗО
4:U
}'--
s
' 20
Q..)
C:Z:::
:r:
:::1 10
;::r
о
1
I
о
f 90 У
il)- L'
.; 163 f77
..
"
о
.....
I
10
Зtptpехmuбный ераоиент
102
[ 4Ir ry п п (Н..,., U 1.. ,, ! tf:"' t ё') 3 С w 1
,tGruv.'." 7"1- '" /1, v,....
103
Рис. 187. Увеличение диаметра образца при выдавливании в зависимости O'r
эффеI{тивноrо rрадиента скорости (цифрыI на кривых температура в ОС).
Внутренний диаl\'lетр капилляра 2 38 мм, L/D 8.
716
т i:X J I(J,l1U rl-'IЧ ЕСJ(И (:B()t'1 L: ТВ А 11 ЕРЕР АБАтыlАЕN\.ыыx i\'\A ТЕРI1АЛОВ
......... ...
-
F
J
(reOH 8750 (В. F. Goo{\rich Chemical)
Жесткий ПОJ]ИвИНИЛХЛОРtIД
ПлаСТИfJикатор отсутствует.
,
:::s
CQ
QJC\J 10
:а:с..)
q.,
:.::
t]
:t:G::
C)
:а:
...()
:3С\>
:,
(.J
:t:
. 1
....
.
.
I r \ y
!
t I r ! I
I I
о i
63 T t j
. 1
I r
,
iI""" .O .
177 r
.....
I ';;tQ
,...
..""
191 -
? ,1 --= rtI!!:.
...... "'т
1"'"
./ ..,.
...,.,. "'"
VI -
j
j
"т I
jr L.....: ! )
"" ".,..
\
v -' .... rt
- :- ... ]
"
f
f !
! i
i
1
10
эфr:pектu8ныu 2рааи2нт скорости
102
4qIЯR ceK !
'0З '
.(
Рис. 188. ИЗ\iенеюн максимальноrо напряжениЯ сдвиrа в зависИ юСТИ ОТ эф:рек
тйвноrо rраДlIента скорости (цифры на ..КРИВЫХ темпера1'ура 'в ос ).
ВнутренниЙ диаметр капилляра 2,38 .мм.. L/D==8.
....
'n--
1 и
CI::)
::,
-Q..j
ct) 10
150
t\1
L-.:...
:t:
(
..... d04
...
...
-....
..
1 ... tlJ
;.....
11"'\.. 11
......
- ,
.
-
,
.
.
(}J f
"A.
""'""-.. о...
"'<:111
2
"
160 170 180 190 200
Температура, иС
1) lC. 1 ( 1.. И :-{,\ll\НС 1 Hre 'j(рфекти н ноЙ в Я3КQСТН В 3 авис И\I() ТН ОТ ТС\l Ilер r:ITYP ы
(ilнфры 11<1 крItвых эффектнвныii !'радиент скорости 4q/1t R3 Н ceK l).
ВiJутрс,.тниI-1 диаметр ({(lПН,lл}[ра 2,38 A!M r lJ/l) 8.
ТЕХНОЛоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 717
'1
-
..
.о
1O
с)
...,
t:I
10
1 ,О '02 103
ЭффентufJныи ера8иент cxtr.-
рости "'llлп: celf. '
-- .
/83 )
I??f)
/91
I
"
r
2
1.
t:
"""-
t:
1...:..
Рис. 190. Изменение эффективной вязкости в зависимости ОТ эффективноrо
rрадиента скорости (цифры иа кривых температура в ОС).
Внутренний диаметр капилляра 2,38 мм, L/D==8.
C) t,.()
I С)"
\с::) ....
t3
30
cu':::1
:::s 20
C't5-....;.
Qv
:::S:::S
10
:>; O
1
..J. ). . /goo
......
..А..
". " .......
.... jIII""'" /БJ t??
" """"
"
"'"
".
..'" -
..
.
.,
,
10
Эфt:p8ктu8ныu ерааиент CJ(oPOCтlJ
102
4 q/JlЯ; cex. i
,01
Рис. 191. Увеличение диаметра образца при выдавливании в эавис м6с1'И оТ
эффективноrо rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Внутреиний диаметр капилляра 2 З8 мм, L/DJ!!!88.
718 ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕlv\ЫХ МАТЕР11АЛОв
.. .А
1 ..
О.пало" 1028 (Monsanto Chemical)
Пластифицированный по.л ивинил ХJJОрИД
Плотиость при 23 ос равна 1,37 2/С.м Э .
Индекс расплава: 4,59 2/10 МИН (ASTM D1238 52T).
ВеЛUЦUНbl К' u п'
."
... .....d
,
Температура
ос
1('
п'
Диапазоны rраднентов
скорости, ДЛЯ KOTopbJX
определеиы зНачения
К' и N'
сек 1
r
J.
.
149
177
0,48
0,124
0,24
0,38
1 104
1 1 04
Тзнrенс уrла диэлектрических потерь при частотах, используемых для
tварки изде"ТIИЙ, 0,200.
10
,
-
о ..l
149 r --v ../
n JJ "" О
1 о
..... ,.,.. ,,-
;ttt ... r--
-Q ..J ""
. ...
,..
.....
",- "
-<:J ,
/
,
.
...
I
......
. "
tj'
:::s
1
x . t
ttA)
....
ё;f
<J
.о '
r ш f
u
tз.
1
,0
Эфq;ектuОныи
702
2раоuепт скорости
"03
4q/!'iR; cel{. f
10ft
Рис.. 192. Измеиение IVrаJссимальноrо напряжения сдвиrа в заВИСИ IОСТИ ОТ
зффективноrо tрадиента скорости (цифры на кривых те lпература в ОС).
Капилляр с иоиичеСl{ИМ ВХОДО f, уrол 900 t Енутr енннЙ ДНilМСТр 1,59 мм. LID б4.
r
120 ТЕхнолоrl1ЧЕСl(уlЕ CBOIlCTBA ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
.
.
.
Оп алон 1038 (Monsanto Chemical)
П л а с т и Ф и ц и р о В а н н ы й п о л и в и н и л х JI О Р И Д
Плотность при 23 ос равна 1,38 2/СМ 3 .
Индекс расплава: 0,12 ё/lО МИfl (ASTM..DI238 52T).
Величины К' u /1'
... '1.
"'-
Температура
ос
К'
п'
Диапазоны rрадиентов
скорости. для которых
определены значения
К' и п'
I ceк. 1
'"
149
177
О, 77
0,322
0,27
0,31
1 104
l 104
Тзнrенс уrла диэлектрических потерь при частотах, используемых
сварки нзде.пий, 0,200.
10
!
,
t ............... ......................
- о
149 ......
f
I.J
""" '.
....l, .,J.
J ........ у
о . J .......
177 ...
(
n I \
о
r
I
i
.. , ).=t,
.. -,. -. .,
- 1.1 .,...... '..\
1 1
'" l' -- ; :t
- I
, , ,
, I
. !\.
re:. .С
n
.
:
i I I
'ь
:::s
3:: .....:J ... 1
cu
с\..
q
2
'C
(З
,o ,
1
, 10
Jq;фекти8lfыи араоиент
102
схорости
10 З
4 q11lR се".'"
704
-
Рис. 196. Изменение 1аксимальноrо напряжеиия сдвиrа в зависимости от эффек.
тивноrо rрадиента С,корости (цифры на I{ривых температура в ОС).
Капилляр с коническим входом, yrolI 90°. внутренний диаметр 1,59 .м.м, L/D-=64.
ТЕХli.ОЛОI и'tIЕСКI'lЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 721
1
ч
"-
o
. "
"-ri.:
b
'u;
(/
,
:l
.
1
125
150 175 200 225
Температура, о С
...
..Q
t.J
'o z
'::3
Е:
'
C'I) 10 З
1 10 102 10 З lи"
ЗqJtpектuдныtl ераоиент скорости
4 q;ЛR; C If. I
,,,,,"
",
"
) ..I
\.. с...о (j
""
'Л .1:
l'
""-
N.
"
'"
"-
QJ
<-> 10..../
t..:.
с\)
...........
10 '
.011
1.
"
...()
с:::>
cs 10 2
t:t:
::::s
Q) ,
s.. 10 3
с '1..
!' f
t1t
Рис. 1 97. Изменение эффектив
u
нои вязкости в заВИС:11 '10СТИ от
теI\1пературы (цифры на кри
вы х эфq)ективныЙ rрадиент
СКорости 4q/KR 3 В ceK l).
Капилляр с коническим входом, уrол
90 О J внутренний диамеТр '[1,59 ММ.
L/D=z:64.
Рис. 198. Изменение эффективиоЙ вяз.
кости в зависимости от эфq)ективиоrо
rрадиента скорости (цифры иа кривых
те 1пература в ОС).
Капилляр с коническим ВХОДОМ, yrол 90°, BHYT
ренний диаМеТр 1,59 ММ. LJD==.64,
.
.
50'
с:::, ......
40
30
QS 20
10
r:::::
о
i$t 2
1 10 10
ЗфСРЕlfтuдНfJlU арааиент CJfopocml1
.
L/o'll :..",rf' /770
.
...
о
t "'"
.
f ..
I 1'1. ....
........n. j
"
103 10*
4q/JlR: cex. 1
РИС. 199. Увеличение диаrvlетра образца при I3ыдаВk lивании в заВИСИ 10СТИ 01'
эффективноrо rра) иента скорости при 177 ос.
](:jI1НlllЛЯр С КОИНЧСС}{IJМ входом, УI"ОЛ 900, ВНутренний ДIJfl:\l(-;Т -' I, )a MAI, L/D == 64_
4 6 l I \' Р , ' Р;] БОТJ{а тер м ИП.1 ("1 СТНЧ Н IJIX М а терн а k10Л
722 ТЕхно ттоrуI'ЧЕСl(ИЕ . СВОйСТВА ПЕРЕР.АБ..\ТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
.
.
Опало" 1406 (Monsanto Cllemical)
П л а с т и Ф и ц и р о в а н н ы й п о JI И В И Н И Л Х J1 О Р И Д
П.ЛОТI-fОСТЬ при 23 ос равна ] ,37 с/см 3 .
Индекс раСП 1ава: 0,09 2/10 мин (АSТМ-D12З8 52Т).
ВеЛUЧ,UfiЫ 1(' u п'
.
'rеМIlерзтура
ос
к'
I
1
!
n'
Диапазоны rрадиентоl3
скорости, для которых
определены значеННя
К' и п'
се К. 1
149
177
0,385
О, 125
0,26
0,21
1 104
1 104
TaHreHC уrла диэ.лектрических потерь при частотах. ИСПО.Т1ьзуеi\.'1ЫХ для
сварки детаJ[еЙ, 0,180.
1{}
_.. J.
!!
", T ,..,..
I n t . .l I
1 'f
. H 4-''''
I 11:.
. : .1.
\ !; t 11
' I r "'''r- J .. ,
I 1 .J -L I
j , I i I
r · I
\ J ! !
. , )
I I
. ц ,tт
. .:=" I :l=1 +:.. rt..:;.. р..' ,
J...) Jt"...
J... . I
'r r
. L
r .. .
[..... 10
,..
,..
.
(''J
l3
1
:->
....
QJ
q
t::J
I
'""" ""
-.11 (, !
..... CJ 10 f . . . .
, .
<.. .. ......
= . = 1.
-.-J
I " ' fi. m :
I . + ' 1' ;"1
..J. ,....... L . .. 'i . L : .
., . ). . .
., . I
! . 9 0 j '! } ;
fЧ I . , , ' i ,
. '-.. ..-(.. ._ .... " " ...........'
, !' i i! 1 1 i 11
' ', l J +..11.,
I I 11 11
l ) . J
, i I I
',::+=: ':. ' j: ,
!' /7 0 """'r+ 2
l' . ..
,
J
. ............ .
. .,L;.... .
\ ,:
, t
t i'. rT
!. щ+
, ! I t О -'
' J$ J I
"t.-o . . ' 'l T
. '. . 'УТ' -+ . r r ' .
. ,[
'i "+ t. :_q
'iit\1 . ' ' r' .
I J I". .
1 ,. r ' . 1
" ,I " r
i \ r . .>. I ' 1 '. 1 " . .
о ,
:: rl ..j
J .l. J .+t - !
:tj . 'i =i "' ij':) f'.
I
\
....
I
' r
......................
1
10
Эффе;rтu8ffЬ/U ераОИ8нт
102
СХорости
. J 1,...l.
l.' I
I t !
. ,
, ,
. 1
. r
. .
; I i
. \ .
"-:--i . .l' f. J. t
.. . 'j . ' . .
-rtt . . . .
f..1. j' + . . i=i + ,..
10 э 1и"
4{'iriR ceK. '
. . i . T ',' ,. '1' t.t "'l .. ' ' ' : ";"',
1. .., -=1= r ' t ., , ,' ! 1. \
I """""r""1-- .i. ....,........ f f" I f . . .................. r..- ... ...........! .--,..... .4" t
"' t \.... '. ,-, t...... ... t+' . I " ;'TJ'
. J t i"
. .
..... . I
I)HC, 200. ИЗЛlененпе максимальноrо наПРЯ)f{ения сдвиrа n З8ВИСИ!\10СТИ от ЭФ(Р f К'
ТИВНоr"'О ['радиента СКОрОС'fИ (цифрыl на кривых ТС1\/1пература 13 СС).
КаПНJlЛЯ р с коннчссКпr..-I входоr.л. уrол 900 7 ЕН утренний ДИ.3МС'f р J. f) ) М.М. [./ п 64.
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВойСТВА ПЕ ЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
.............
723
- J
t
"'-
"'1 /o
,
............ ,......
!Оо
' .
z
.
...............
""I..L.
......... L O
.............
.,
.J
(\1
t
,o 1
\ ,
'5
1SI
J
i
:
_ I tfflk:: "
I \., ц "
"j j
'- I r .. ...-:.- ,
-;. ....
i W ",О
- . СА.
] , \ '\
I I
I t
,
j I
j I
,o '
:k:
t3
ci5
:::s
Е:
cu
10
...
..Q
t'r)
с:::.
,o 2
со
,
с15 10 1
,
- !
:-
j I
8\
..Q
.
Е
,O
.
j
.
.
..... ,.;..
....
,....:1
't:
125 . '50 175 200 2Е5
Температира , ос
10 102 103
Jфtpектuбныu 2рl1Виент
скорости 4.q/ffR! ceK '
1 "'1,
U
PliC. /201. Изменение эффеI{
тивнои вязкости В зависимо-
сiи от температуры (цифры
на кривых . эффективиый
rрадиеит скорости 4q/1tR3 В
ceк. l) .
Капилляр с коНическим влодом,
уrОЛ 900, виутрениий диаметр
1,59 ММ, LjD==:64.
Рис. 202. ИЗl\Iенение эфq)ективной вязкости
в зависимости от эффективиоrо rрадиента
скорости (цифры на кривых температура
в ОС). .
КаПИЛJlЯР с коиическим вХОДОМ, уrол 900. внутреииий
диаметр 1,59 мм., LjD===64.
. ::::i' 50
ft 40
;:]
t:; за
20
Qч
:::::s
10
:::::s О
1 . 10
Эффекти8ный epaauel1m
I ! I
} I
i
П7 0 I r"
r., .... l:=.
""
....:
y I I
о ....
.....
102
схорости
103 ,tfi
4 qjJiR; ce1f. /,
Рис. 2u:з. Увеличение диа;\Iетра образца при выдавливании в заВИСИ;\IОСТИ от
ЭффСI{тивноrо ILрадиента скорости при 177 ос.
Капилляр с КОИИЧеСl<.НМ НХОДОМ. уrол 90°, внутреНниЙ диаметр I , ) 9 .ММ, L/D==64.
46*
724 ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
1
Опало" 1706 (Monsanto СЬет ical)
П л а с т и Ф и ц и р о в а н н ы й п о л,. и в и н и Л х' ,Тl О Р И Д
Плотность при 23 ос равна 1,34 Z/CM 3 .
Индекс расплава: 0,07 2/10 .мин (ASTM D1238 52T).
Величuны К' и n'
.
J т
I
Температура
ос
К'
п'
напазоиы rрадиентов
скорости. для которых
определены значении
/(' и n'
ceK l
149
117
1,75
0,54
0,24
0,31
1 103
1 103
<
10
lt::)
CJ
Q.)t\I
QJ
с::: 8'10
--..J 1
t:
a::
c::.t:l
::t:
.
.
..o 1
1
-
,
,
16 ЗС .kQ ....
"
T
r а п
......
"" ..
1110
...... ....
r. , -
,
10
Эффектu {JHbJU epaOиCl1m
z -'
,10
скорости il(l /1iR
103
сеК.... f
l)ис. 204. ИЗr\1енение максимальноrо напряжения сдв.иrа в заВИСИ]\IОСТII ОТ эффек
тивноrо rрадиеита скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Капнлляр с Коническим вхДом. )'rол 900, внутренний диаметр 1,59 ММ, L/D=:::=.64.
,
:t
QJ
t.;)
10...1
....
..а
t.J
с)
t\I]
о;; 10 2
ct)
::3
э..
10 з
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 725
....
r
..
1
I j .. т'
! т т 1
, . t
l
! r .
I
I ; 1
1
!
.1Пl \ I'
\
11 .
I ! I
,...
.
i '"
. . ? -,
=>0 '. ....
\
.. J 1\:N
,J
!
i I .
"' '{.
, . -
.
!
: т t
! I
I .
! . t .
i
I I i
. " L -
......
..
1'-
\.
,
\
[т...
....
"
'-
\...:
...... '\.
. - - 'Q \
,
rh
"
,
'",- '....
-' O
'- (;,J
'..' .
'"
cu
1O 1
-.Q-"
t.J
:.::
10 2
CI.J
э..
10 3
1
1Z5
150 175 200 225
Температура. ос
? ...
10 10 10 J
ЭффектиВный ёрроиент
скорости 41J/J1R ceK. !
10
Рис. 205. Изменение эффектив-
....
нои вязкости в заВИСИ!\10СТИ ОТ
те Iпературы (цифры на кри-
вых эфq)ективиый rрадиент
скорости 4q/1tR3 в cel\: l).
!\dIlИЛЛЯР с КОНИческим ВХОДОМ, yroJl
900, виутренний диаметр 1,59 мм.
L/D==64.
Рис. 206. Изменеиие эффективной вязко
сти в зависимости от эффективноrо rpa-
диента скорости (цифры на кривых тем-
пера тура в СС).
Капилляр с коиическнм ВХОДОМ, уrол 900, виутренний
диа метр 1,59 ММ, L / D ::;64.
.
.
,.50
..... ;::::j- _,,: , .
. ;а:: ....,
.ЧО
Qj "
.. JO
'.. ..,
fQ' .20
:::С ".. ;-":
"1', 10
:::Ct::s
о
1
. - . .
..r .
" (!
. . .
-
. , .
.
.
.
,
,
, ..
, .
.
( . .
.
.
I
-
... ,
.
1770 .
. .
" о--
.....
..; ...
...
о q-
.
. . - () о
-
.
102 103
скорости. 4 q/!Л{{ ' сеlf:'
10lt-
:10
. '.. U
эффектиf)ныu epaiJиeHm
Рис. 207. Увеличеиие диаметра образца при выдавливании в зависимости о/т
. эффективноrо. rрадиента скорости при 177 ос.
Капнлляр с кОничесКиМ ВХОДОМ.. уrол 900, виутренний диаметр 1,59 AtM, L/D 64.
726 ТЕхнолоrИЧЕСКl-'IЕ снойСТВА IIЕрЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРI1АЛОВ'
. .. .. ..
.
Опало" 71329 (Monsanto Chemical)
Пластифициропанный ПОЛИВИНИЛХЛОРИД
Плотиость при 23 ос равна 1 ,38 с! см 3.
11ндекс расплава: 8,05 2/10 мин. (ASTM D1238 52T).
Велuчuftы К' u п'
.. .b........... ь..
ТеМПература
ос
К'
n'
Диапазоиы rрадиентов
СI<.орости, дЛЯ I<.O'I'OpblX
определены 3 начеиия
/(' и 11'
ceK 1
.........
149
177
0.484
0,084
0,23
0,42
1 104
1 1 04
.
10
C\J
k
t:]
'
:t:
t3
"..
"' "\1
f"I
.,) ",.
.J
"
/0 *" f
.1
I о О
149 .1W""'"
...т .
..l
....011........ r
..J 7" О
Li'"
(1 1 J. r
.
....J
;."..-' ,.
.......Т
",. "'"
"""""...
1'т
о
...
II(J
t""'I ....
.
...
r
j + .
. . J t1
. . + 4-.
.
. .
ю ю 2 ю J
Jrptpl?ктu8ный plJoиeHт скорости t,.q/liH; ceK. '
10"
1)I1c" 208. Измеиеиие маI{симальиоrо «апряжения сдвиrа в зависимос и ОТ эф"
фективноrо rрадйента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Капилляр с коничесКИМ входом. уrол 900. внутренннЙ диаметр 1.59 мм, L/D;::::;. 64.
ТЕхнолоrИЧЕСКl-'IЕ CBO 1CTBA ПЕРЕРД.GАТЫВАЕМЫХ 1\'\АТЕРИАЛОВ
7') "
,
,
....,........ v
'
!
. ч=m ' , ,
L ........ .... I
" , I ;' '
( '. т
1 ' , ,
...............- ..-+ ..&...-. ..
( . ' j , ,
J' .
! -- l
j
!
,.... ,
1; .
- Jp
n
..
..о
.
tj
:t::
10 z
:t::
10 3
-
-
"
3i
':S
..... 'ь.
'r 700и
.
)? 10 '
t----+
1, J
,; !
! l 1
.....
(.J
10--1
&..:..
...
..о
Е:
с..:.
10 2
Q:)
::,
3с:
сь 10 3
а:
-, ",". '"
..? -
1 -
.... , о - ..... .... .. -
+J ЩЩ 1 , т ' 11
I . '.' ,+t---
1 -+ .. _ .
I "- ] l' I! :' 1
'. , ,".
.
,
I 1 i I '
"lll ,1"
- -
*11
'" '
(
t-
. h 1
r 1\.. t., I! 1 r f r
, .----<:<
.,
I
, j
i 1:.
т j T+-
i . чJ
т 1 1111
, ! I i I ; jJ
" .,j .:"
, ,
i I .
I
,
..
r
j
\ "
, I
r . , i
. .. I
t, i
.
,
tt
I
- ; j'
l i j I
; , .
125 150 175 200
Температура, ос
225
i 10 102
эффектu{Jныu ерааиент
4q/11 R се К.... f
10 з ,0'
Clfop.ocmu
Рис. 209. Изменение эффектив
ной вязкости в зависимости ОТ
те1\1пературы (цифры на КрИ
вы х эффективныЙ rрадиент
скорости 4ql1tI 3 в ceK l).
Капилляр с коническим входом, уrол
90 О I внутреннн й днаметр 1.59 .111М I
L/D==64.
Рис. 210. Измеиение эффективной вязкости
в зависимости от эффективноrо rрадиеита
скорости (цифры иа кривых температура
в ОС).
КаJ1ИЛЛЯР с КОНИЧесКим вхоДОМ. уrол 900, внутреииий
диаметр 1,59 MA-l, L / D === 64.
50
'"' .
:;;s
[ t,O
tj 30
.'
. '-.;) -......;:
20
::::s
10
t]
о
1
.
.
....
177(j
.lJ I r'\
.... ....
10
Эффекти8ный ераоиент
102
скорости
103
чч/лR; ceK. 1
10 У
Рис.. 211 w )j ве п.и чение ди ai\leTpa образца при выдавливании в заВИСИ 1ОСТИ от
эфq)еКтивноrо rрадиента скорости прн ] 77 ос.
Ка ПИ 1ЛЯр с н ОНВЧССi{НМ входом, уrол 900, вн ут реиний днаf\-Iетр 1,59 M....t. L /1) ==64.
728 ТЕхнолоrИЧЕ J(I/1Е СВОИСТВА ПЕРЕРАБАТЫвАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
.1
Поливинилхлоридацетат VYNW t 30 % пластификатора
(Union Carbide Со.)
3 % В и н и .Тl а Ц е т a т а и 97 %
.. 1..
Сополимер
в и н и JI Х Л о р и Д а
ПJIОТНОСТЪ 'З'.'при 23 ос равна 1,32 2/С.м 3 .
ПЛ астификз.тор :!ди 2 этил rексил фтал ат.
...
.
t:1 .
сь
Q.)C\j
t)
":t
Q.,
t:)
:t::
...Q
:::s
t.)
"k:
t::s
10
==F .. .. - . I t . FШ ' . -; . --, .T Т--Т ! T.
. t . fo-- . - . . ............... . · """1- . i I I
I . I J I .
I . . J ., .
t" . .. . ..t 1 . Jr. .. . .. .. .,.. r T.
".... ... ш.. _ ' ... .. I. . ."
. I ! ) \ !
1, \ i , I '
I
I
.
.
БО .... rt o о
,.., .. Y'" О ; 1 8и 190
... 1,-:- J"
--
T
...J.,....... .,..
. r
....... '-------01--. ,- .
s ",.
..... :'.;;;v . ........,...
. II""""" ,...;.. J ..
-' . .. - , 7 .. ." r' - .. ..
./" ......i.--"" " r 1 " ... .."" e " "i .""
. ' .. .. +.. ..-.... ......... . .
J ,
J I I
". :
..... . , 1---- . , f--.
r
.
f
.' . . ,".-. .
. .
._ - 1--..
I
+....
. . .
""J".">.
1 . ( I
.1
!
j
i
--+----- . r--.
1
,
10 '
1
102
4 qfJlR сек:;'
, 0..1
10
ЭффектиВный Ера8иент скорости
Рис. 212. Изменение максимальноrо напря}кения сдвиrа в заВИСИМОСТli от эффе".
тивноrо rрадиеита скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Внутреииий диаметр капилляра 3,18 мм, L/D==16.
ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРI1АЛОВ 729
......
...........r
'Jr
f
J., 1
б
'-....
tJ
&..:..
\,Т
.11 2
....... ,.,.............................
.
I
(
....... ........
cf
..
....
..а
1O 1
-
:k:
QC:)
'
.
::::s
Е:
e
s- 10"2
.
.............. /0
..............
..............
( 20
")
"
-,'L
,
Рис. 213. Изменение эффектив-
U ..
нои lВЯЗКоСти В зависимости от
температуры (цифры на кри
BbIX э4>ФективныI1: rрадиент
скорости 4q/7tR3 в ceк; l).
Внутренний диаметр I{апилляра 3,18 мм,
L/D==lб.
fAL. So
...............
)-
... .....
4 )... 100
.",
160
170 180 190
Температура, ос
.-,. 151
,
.........4......... ......... ....... .
.
I';
1'"
,
.
1
y
...
,
.... .. ......... К-Ь6
r""I
'-.
' ,
'"'.... L '"' О
, ...
.2 '--
- o
" "-
,
:t
u
Q.)
(.J
10
---.
.()
-u.
::::s 10
е:
ст)
1
10
ЭrptpектиОныu ерааиент
102 103
CIfOpOCтU 4q/5iR ce/{. '
Рис, 214. Изменение э4>ФективноЙ вязкости в зависимости от эффеКТИ8иоrо
rрадиента скорости (цифры на КРИВЫХ температура в ОС).
Внутрениий ди амет р !{ВПИлЛ яра 3 t 1 В мм, L / D::::I 16 .
..
130 ТЕХ110лоr.v!LIЕСJ(ИЕ CBOPICTBA ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ l\\АТЕРИАЛОВ
"-
..... """"""""1
""""""'ч" JL
Поливинилхлоридацетат VYNW, 35% пластификатора
(UDion Carbide Со.)
.
с о n о JI И М е р 3 % в и н и л а Ц е т а т а и 97 % в и н и л х л о р и Д а
Плотность при 23 ос равна 1 )25 2/СМ 3 .
П 1 астифи катор: ди 2 этил rексилфталат #
ю
I
- i ;
I
I
. 1600
.
....--
ri .... О Q
n ... 17
а .....
)0011" 1800
J:; .......i 1 lJ'
="ft ,..,
..- :я
......................... ......
,
- ..... I
... j
.,. ,
. -
..JI, ,.. \
1....
',.т . -
.
.
сь
;:s
L\)
):
c.)
:t:
Cb t
ct:
C\)
ft.)
t.).
Ю !
J
10 10
Эtpфехтu{J/fыi1 apatJиCffm Cj(OpOCти
/02
q/1iR СCl(. 1
10 З
l)ис 2 [5.. Изменение lYiаКСиМ3JIьноrо l{апряжения сдвиrа в зависимости 01'
эффективноrо rраднента скорОСТИ (цифры на кривых температура в ОС).
Вну'rренний диаметр l{аnилляра 3,18 ММ, LjD==lб.
..
. --."
ТЕХНОЛО) ИЧЕСI<ИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
731
I
i-
I )0.5
С ) ,
.........
.... )2
,
r
. ,
. ....
.
"- .
J.... 1)
.... "u...
I
I '"'\...
. -,. S() v
[.......
.... /00
.....
"""""-о...
." I
.
.
L:-
............ ...
111
10 '
(.J
а
10.,2
%
J11'................... ..,..
.
............... ................... ........
Рис. 216. И3 1енеиие эффективной
вязкости в зависимости от температу-
ры (цифры на кривых эффективиыЙ
rрадиент скорости 4q/т;R3 в ceK l).
160 170 180
Температура, ос
1
r .
, , I .1 ::C:
. 1 r
1,
! . I i i
.'
J l' !
!.
! l r ! .
,
I
i \ . ..
, I ,
I I ! . i
11 . .
I
, !
I I o
........,.-
....... J.
r
:.
т
r" . .
er., ? t
r ....
"'\. .
" "
"'
t.I
6
"
"
, i ...
-&.
I ...
f , j
I
-
t.)
.
Q.)
t..>
l.:..
..
-о
10
t:j
r::
Q)
f3. (O
1a '
1 10
ЭффектиВный араtЗиент скорости
102
I,q/![R! ceп. '
..
рис. 217. Изменение эффективной вязкости в зависимости ОТ эффективноr'\J
rрадиеита CKOpOCTl1 (цифры на :КРИВblх- те1\'1пература в ОС).
Вн утренний диаметр ка пил ляра З, 18 мм, L I D === 6 ·
732 ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ.СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
.....
nоливинилхлоридацетат VYNW, 40 % пластификатора
(Union Carblde Со.)
с о п о л и м ер. 3 % в и н и л а Ц е т а т а и 97 % в и н и .п х л о р и Д а
Плотность при 23 ос равна 1 ,23 2/СМ 3 .
ПЛ астификатор: ди 2 этилrексилфталат.
.
10
.
L
!I
ti
.
1C
...
:t:
N
'b 1
q
--'
I
I
:Р
O l r"\
б ...... .....", 'ri.
{. бб О ".
. 1 о р'"
1
..... .
ю'"
,
10
3tptpектибныu ерааиент
102
скорости t, q/)lR ceK. 1
,p '
') \\с. 218. 1-'IЗi\1енение ма КСИi\rl аль Horo IIап РЯ}l(ения СДВИ ra В зависимости от эффек-
ТИВНоrо rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
ВН утr;енви к диаметр К"l пи.пляра 3_18 AfМ, L / D==] 6.
.
ТЕХНОJJОТ.ИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 733
J
т
cu
10""
..
.а
8
(:)
10 2
R
CI)
...
....... '';
I "
"""'" r7()
(
j ......
"v
." ... 50
...
1"
" /00
""""f;. }
"'11; 1..
""
- .-
1БО 170 180
Температура, ос
ие-. 2] 9. Изменение эффективной вязкости в зависимости оТ температур bi
(цифры на кривых эффективный rрадиент скорости 4q/7tR3 В ceк; l).
Виутренний днаметр капилляра 3,18 .мм, L/D === 16.
N
10'"
:t::
cu
с,;)
&..:-.
"k
:...
..."" 'Ou
"?
r
K
(?о "
, --.
,
....
.а
с:::.
:2 10 2
ct:)
t:I
:r:
се
::!
11:
с1')
10....3
1 10
Эффектuдf1ы/i ераоиент скорости
102
4 q/7iR: ce/(. !
J не. 220. Изменение эффектив иой ВЯЗI{ОСТИ В зависимости от эффе КТИВ Horo
rрадиента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
Внутренний диаметр l{апнлляра 3,18 .ММ, LJD-=== 16.
734 ТЕхнолоrИЧЕСКИЕ СВОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
""
Поливинилхлоридацетат VYN'V, 45 % пластификатора
(Union Carbide Со.)
Сополимер 3% винилацетата и 97% винилхлоридCl
П(lfJ ОТ Н ост ь при 23 о С Р эв н а 1 2] с / с Jrt 1 .
Пластификатор: ди 2 этилrексилфтал ат.
сь
cu . f
.
:t:
t::s ..
t::......:J
Q,;)
Q::
..a
q
tit:J
J:\\»
:::S
c.:.
10 --,
1
.....,
,...
2i9
jI1 O° .... .,. ";;8'
:;;z
...... ...
.. """Z
1-- ,... 110
о у ,
I r """
..... _ ,8
......
/
.
10
ЭtpфектиВныu ера6иент скораоти
102 '
4q/7iR cex. '
103
Рис. 221. ИЗNlенение !v1аксимальноrо иапряжения сдвиrа в зависи .'IОСТН от
эффектнвноrо rрадиента скорости (цифры на кривых теIv1пература 13 ас).
Внутренннй диаметр капилляра 3,18 MMt LfD== 16.
ТЕхнолоr'11ЧЕСI\JIЕ CHOl':'fCTBA ПЕРЕРАБА ТЫВАЕМЫХ МАТЕРУIАЛОВ 735
.. "ЧI
J
.LI...
...
..
02
10'" ,
-
cu
с,.)
--=..
" ,r5
/\. ....1 /0
............... 1>..
"IP1"
81\
..а
Е:
-(.J
:t::
10"'2
D;:
10"3
.... 1.
I\...
z1
'\.
.......Ir...
"-- с$ [7 "'"( J
""
O )
""-
'1
Рис. 222. Измеиение эффективной
вязкости в зависимости от темпера
туры (цифры на кривых эффек
тивный rрадиеит скорости 4q!т:. R 3
в ceк: l).
Внутреннин диаметр капилляра 3,18 A-l"И,
L/D 16.
'...
""zии
'160 170 180
Температура, ос
10 --3
1
"
""'1
.
,
.....
...... ,
s
'-
..... .",
л,,:, I
'J
N
'"
с: ..fs'/)
..,. 1
..... ..... "'1 .... '-. u
"" , ""-
- "- /" \.t.
.....
Oo .
t .
- L. 1100"
I , I 1, I
., .
t
,
'? 1O !
tb
(.J
,
=-::
..
.Q
с)
10 --2
D;:
ts
:с
::s
Е:
t3-
}
10 102
эtpфсктu8ный раОИЕнт скорости
103
Ч-а/7lн J ce/r...... f
.-.. ,
...
l J ис. 223. Изменение эфq)ективноЙ вязкости в зависимости от эффективноrо
l раДJ1ента скорости (цифры на кривых температура в ОС).
ВнутреНний диаме'rр l<.апилляра 3118 мм, l4/D 16.
736 ТЕхнолоrИЧЕСКу]Е СвОйСТВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
Поливинилхлоридацетат VYHH (Union Carbide Со.)
с о п о л и м е р 13 % в и н и л а U т а т а и 87 %
вииилхлорида
Плотность при 23 ос равна 1 36 2/ СМ З.
10
Q.1
;::s
;t5
cti
::C:
::: 8'\
Q.1 1
Q::
tt5
. 'r
I r
:N='
t
L I
L D " .1 f
JIJ В I I ,
I
r' ..., l I
11.100 f' I !
rf 1 11
(' 10 \
I ,
, I i
!
i I r
J
......
",
",
с
L
-
10" ,
10 I 1 10 102
ЭффектиВныu 2роаиент скорости 4qjЯR ceK. '
Рис. 224. ИЗ!\rfенение маКСИI\Iальноrо напряжеН1IЯ сдвиrа в зависимости от
эффективноrо rрадиента скорости при 140 ос.
Внутре1.ИИЙ диаметр:н.апилляра 3 t18 ММ.
fOlO '
.,."
t\I
t(S
;::r '
с\')
I
..................;
I ,
\
,
140" j
....
х -::t
r -w
.....
""'"
........I(. ,.
.... '.,-
-.., ...,!
,
1 ,
) .
I
. -
!
.,
I
-
t 10
ЗrprpектU8ныu сРООl1ент скорости "'1Jj1lR ceK. '
.103
l..'ис. 2б, Изменение эффективиой вязкости в зависимости от эффеК1''ИВНОI'О
rрадиента скорости при \40 ос.
Виутренний днамеrр капилляра З 18 .мМ.
ТЕХffолоrI/IЧl:С:К11J:: L:HUl 'l( [НА fJЕРЕРАБА ТЫВАЕЛ1ЫХ МАТЕРИАЛОВ
r Ih.......... ......----- "1
737
I
Поливинилхлоридацетат VYHH (Union Carbide Со.)
.
С о n о л и м ер. 1 О % в и н и л а Ц е т а т а и 90 % в и н и л х:л 'о р и Д а
Плотность при 23 0(: равна 1 ,36 2/ см 3 .
10
'.-
.
. 1600
"..
чJ) 1t (J ....
8
r, r /J)
-
.
,
"
N
Qj
.
,,
q 1
t
CtS ·
10" t
3фtpект1l6ныu epalJaeH скоростll
10
чq/7lН; С8К;'
Рис. 226, Изменение маКСИ1vI3Д bHoro напряжения сдвиrа в заВИСИJlv10СТН 01'-
эффективноrо т'радиеита скорости при 160 ос.
ВН у'трен ни й ДН а 'МеТР ка пилля ra З. 18 MA.f.
10
со\)
cu
(.)
'-=-
оС....
5
с)
1
:;
I!:
:::s
10" f
10'" . 1
Эффеltmи6ныи ераоиент
4
- . -
..... 1500 1 I
"-
J
..... t
"- -. ,...
""-
.... .
""-. o
У;..
,- l"
. , ,
:,
t !
,..
! , r
. I
I . I '.
t I
1
I
,
10
скорости *qPiR! ce/(. !
Рис. 227. Изменение эффективиой вязкости в зависимости от эффективноrО i
rрадиеита скорости при 160 ос.
Внутренни диаметр капилляра 3,\8 .мм.
47 11ереработка термоп ластнчных. материалов
УКАЗАТЕЛЬ
..Адиабатическое шприцевание Cl\I.
Пластицирующая шприц rvlаши
на, адиабатический режиrvr
АлаТОНbl 660 667
АрдUЧ8UЛU уравнение 433, 436
Ацетат целлюлозы
диэлектрическая постоянная 595
коэффициент v"Т1инейноrо расшире
ния 557
кривые течения 630, 632
припуск на усадку 389.
режимы формоваиия 557 t 562
теплоемкость 586
....
теплопроводность и теплостои
кость 557 t 586
фа ктор !\10ЩНОСТИ 595
форrvrование полых изделий 569
электрическая прочность 595
эффективная вязкость 631, 633
.Ацетобутират целлюлозы
коэффициеит линейноrо раСlIIИ
рения 557
кривыIe течения 634, 636
режимы формования 557 t 562
температура размяrчения 557
....
теплопроводность и теплоСтои-
кость 557
эфq)еI(тивная вязкость 635, 637
ВаиссенбеР2а эффект 43 сЛ
Вакуумфор]\лование 503 t 508 сл.
комбинирование с пневмоформо-
ванием 517
реЖИl\IЫ 539
способы 508 ел.
техника безопасности 539
.формы 532 ел.
Вакуу rформовоцные 1ашины 517 CJl
для фОр\Iования из рулонных f\1a
териалов 522, КОl\Iбинирование со
шприц rvrашинаrvlИ 525
с резательными машинами 564
основные Э«fIеIvrенты 526
планетарные режущие 564, 565
Валки калаидра 431
бомбировка 444, 446
конструирование 431
конrризrиб 444, 446
перекрещпвание (перекашива-
ние) 444, 446
проrиб (изrиб) 432, 444 445
реrулирование зазора 433, 434,
444
Вальцевание 46 t сл.
ка к. процесс сrvrешения 468, 469
на каландре 430
практические приеrvfЫ 470
теория 430, 465, 472
Вальцы 461, 465t 470, 490
Ван дер Ваальса уравнение для ПОЛИ k
l\tlepOB 49
«ВееРНЬiЙ впуск)} 396
Вискозиметры 78, 80, 81
Воронка заrрузочная 173, 174
Впуск (впусковые каналы) 352, 394,
396
«Временная релаксация» 26
В ходовые эффекты 34t 64, 66t 297 I t
298
Вынужденный поток 177, 178, 189
190
Высокочастотная сварка 583. 584
Вытя)кка t.ТI иСтов 432, 452 555
двумерная 547
одномерная 546
при ваКУУМфОР1\10вании 511. 514
515, 533, 544
при ,каландроваНИlI 432, 452
при шприцева нии 3 17
при IlJТ8Т\Iповании 504
.Бенберu С 'IесителЬ 428, 463, 477, 482
Б иН2ама те,Л о 27, 28 t 31
Больцмана закон 102
Бомбировка валков 444, 446
Бэелu уравнение 297, 298
УКАЗАТЕ lЬ
7зg;
w
Вязкость
-rатериала при С\lешении 48
r-..1етоды определения 438
НЬЮТОНОВСКОЙ ЖИДКОСТИ 22
объемная 48
«поперечная» 23, 44
расплава при каландровании 437
при литье под давлением 413
421
. .. при шприценании 187, 205,
231, 233, 241, 289
при форJ\tfовании ПОJ1ЫХ изде.
пиЙ 579, 581
эфq)ективиая см. Эффективная
вязкость
Вязкоупруrие жидкости 23
Вязкоэ.пастичные системы 284, 4Э7
Давление
при а} иабатическоr-.'1 1I1прицевании.
249
при И30теРt\Iичес!{оrvl IIlП р ицев а
нии 231, 242
при .питье под даВ,пение\1 369,.
402
при каJlандроваиии 429, 432 сл.
при сварке 585, 588, 604
при пневмоформоsании 532
при форrvlовании полых изделиЙ.
570
распреде.пение в шприц машине.
265
Дефорrvlация упруrоrо твердоrо те,па.
20
Дж'и ЛаUОflа уравнение 293, 310
Ди аrраJ\tfМЫ дав пение температура.
402 C ТI. .
ДJIЯ режимов формования 417"
421
Дилатантные систе 1Ы 31 t 32 4(}
Дисперrнрование 131, 153, 456 и С.Н. ,..
теория 131, 457
Диэлектрическая постоянная 59З
ацетата цеJIЛЮ.ЛОЗЫ 595
найлона 595
поливинилхлорида 595
полиметилметакрилата 595
ПОJIистирола 595
ПОЛИЭТИJlена 595
пропионата цеJ1ЛЮЛОЗЫ 595
Дозаторы
Jlитьевых rvIаПIИИ 357
ШПРИl IvIашин 173
r азовая сварка 583, 597
rаскелла уравнение 433, 435, 453
[еоны 714 717
fоловка шприц машины 232
для круrлых стер)кнеЙ 293
Д.ля «массивных профилеЙ» 318
Д.аЯ профи.пьных изделий 278,
316
кабельиая 305, 339
клиновидная 313
конструирование 278 c .
ленточная 299
листовальная 278 280, 307
офсетная 303
профильная 304
расчет 283 291
«рыбий хвост» (клиновоrо типа)
311
с удлиненными rубками 320
стержневая 234 .
трубная 278, 303
уrловая 303
цилиндрическая 232
щелевая 232, 290, 299
rранулы, дозирование 359, 371, З73,
405
rраС20фа критерий 112, 329
Тука закон 19
Заrрузочная воронка 173, 174
3айтелы 646 649
Закон
БОЛЬЦivlана 102
rYKa 19
КИРХI'офа 115
степен ноЙ 41
Фурье 101
3аребрение 535
Дав ление
в литьевом цилиндре 369
в прессформе 356, 402 сл.
в шприц машиие 275
влияние на реолоrические
ства 47
литьевоrо цикла 354, 356
.,
свои
Идеальная жидкость 19. 20, 22
Идеаt!ТIьная упруrая пружина 20, 24
Идеальное твердое тело 19
Идеал изированные материаЛЬi 19
Излучение 101, 115
ИзотеРIVIическое шприцеваН11е ctvJ.
ПлаСТИЦИРУЮll. ая шприц rvlаши
....
на, изотермическии реЖИJ\tf
740
УКАЗА Т EJlb
........
.,.. "w" .i.
...
L
"-
...
Имплекс А
кривые течения 626
плотность 627
эфq)ективная ВЯЗJСОСТЬ 626, 627
.Индекс
разиотолщинности 309, 311
течения 30, 42
Иидукционная сварка 583, 599
I<ритерй
Н уссельта . 112
ПраНДТ lЯ 112, 329
ПРОДОJIжительности сдвиrа 438 сл .
Рейно.тrьдса 60, 112
степени неоднородности 133, 138,
460
Крутящий Моl\trеит при каландрова -
ни и 450
Каландрование 428
давление в зазоре 432 сл.
распорное усилие 432 сл
реrулирова,ние профиля листа
444 сл.
температура смеси 449
Каландры 428 .
валки ем. Валки каландра
конструирование 430, 443, 451
реrулирование температуры 431,
449
зазора 433, 434
типы 428, 429, 431, 449, 452
,KeAbBulia тело 25, 26
Кuрхеофа закон 115
Конвекция 101, 109 сл.
1(онтризrиб валков 444. 446
Коицевые эффекты 23. 27, 34, 301
362
iКоэффициент
вариации 134
rеометрическоrо подобия 270,
272
использования смесителя 144
полезноrо действия смесителя 152
«поперечной вязкости» 44
температуропроводности 101
теплопередачи 102, 104, 330,
540
теплопроводности 329, 540
фОрУIЫ выиуждениоrо потока 190,
1 91 сл .
противотока 191 сл.
-l(раеНbIе эффекты 206 207 226, 290,
301
Кривые 28, 34, 38, 40
затвердевания 404
охлаждения 104, 105, 404
течения 32, 38, 281, 287, 294, 295.
611 и ел.
Критерий
времени сдвиrа 440
rрасrофа 112, 329
интеисивности разделения 133,
138
Листовые материалы 501, -544, 555,
558 сл.
из виниловых полимеров 561
из полиакрилатов 560..
из полиамидов 563
из ПО lИО"ТIефИсIОВ 561
из полистирола 559
из полиэфиров 563
из целлюлозы 562
'охлаждение 432, 452, 555
раздувание 530, 573, 575
разрисовка 566
формование 501 ел.
Литник центральный 391
Литииковые каналы 392
JIитье под давлением 349 сл.
режимы 355, 356, 402 ел,
полых изделий 570
теория процееса 349, 402 сл.
уравнение процесса 411 CJ1.
формы 387
Литьевой цикл
В.ТIияние свойств материала 410.
411
.. характеристик машины и
прессформы 410, 411
диаrрамма «Т Р» 403 сл.
минимальный 418, 421
продолжительность 423 сл.
стадии 403
Литьевые машины 349 сл.
аппаратура управления 353
наrревательный цилиндр Cl\f. Ha
....'
rревательныIи цилиндр литье-
вых I\1ашин
основные части 352 ел.
предпластикатор 358
преССфОр 1Ы 352
производительность .. 364
форсунки см. Форсуики литьевых
машин
ЛюстреКСbI 698 709
Люциты 295, 619
кривые течения 614. 616, 618
эффективная вязкость 614 619
КАЗАТЕЛЬ
741
r
т
LI... Ii
н аrревание
за счет BHYTpeHHero сопротивле 4
ния 120, 126
индукционное 120 t 125
листов при ваКууМформовзнИИ
539
при формовании полых изде-
лий 570
материала пр и шприцевании 172,
175, 176
при литье под давлением 352,
361
смес.и при каландровании 431
формы при литье полых изделий
573
.
с применением электросопротив
лений 120, 121
токами высокой частоты 120, 121
и сл.
Наrреватели 35.2, 381, 526, 584
импульсные 584, 585
ленточные 381, 526
сопротивления 584, 585
стержневые 527
Наrревательная камера
к.онетр'укция 373
с разделением расплава 379
Наrревательный. цилиндр 352, 360
и CJl.
давление 369, 374, 381
конструкции 352t 378 сл.
предплаетикатор 358
производительиость 364
распределение скоростей 374
температура 361, 381
термический К. п. д. 363 сл.
Н а йл он
диэлектрическая постоянная 595
коэффиuиент мощности 123
кривые течеиия 642 t 644
плотность 643
припуск на усадку 389
фактор А10ЩИОСТИ 595
электрическая прочиость 123, 595
эффективная вязкость 643, 645
Напряжения
касательные (танrенциальные) 23,
45
нормальные 43 ел. .
сдвиrа, зависимость от скорости
сдвиrа 24
Н уссельта критери'й 112
Неньютоновские жидкости 29
Ньютоновские жидкости 20, 336
обобщенные 32
Ньютоновский вязкий элемент 23
МаксвеАла тел о 24, 25 t 36, 47
МарлеI{С 40, свойства 676 сл.
Модели механические 20
Модель ньютоновской жидкости 23
Модуль
сдвиrа 20
упруrости L 9
Юнrа 19
Обрезные штампы 563
Опа.J10Н 1028, свойства 718' сл.
Ориентация при течении 396, 409,
553
Отборочное оборудование 321, 325 t-
326 сл.
Отражательная сПособность 115.
Охлаждающее оборудование 321,
322 сл .
расчет систем 327 , 333
Охлаждение при каландровании 432
452
Пеиополистирол
свойства 560
формование 560
Перекрещивание (перекашивание)
валков 444, 446
Пласкон найлоны 8201, свойства
642 .. 645
Пластизоли 33, 572
Пластицирующая шприц машина
адиабатический режим 247
зона дозирующая 264
. переходиая 263
питаиия 257
изотермический режим 229 сл
канал с переменными размераМR
239
с постоянными размерами
229 сл.
моделирование 269
мощность 228, 239. 250 267 t 277.
основиыIe уравнения течения
226 ел.
проектироваиие 255 сл.
производительность 227; 230, 2341.'
237, 240 сл
теория 256 ел.
ПлаС'fометры 81
Плексиrлаеы 620 625
УКАЗАТЕЛЬ
74З:
По.пиэтилен
теплопроводность 557't 586
теПJIОСТОЙКоСть 557 586
,
фактор мощности 123, 595
фИЗИко механические св'оЙства
551, 555
формование из листов 557, 561
полых изделий 569, 570
электрическая прочиость 123, 595
энтальпня 94, 100, 655, 663t 673
эффективиая вязкость 561, 653,
657, 659t 66], 663, 665, 667,
669t 671 67З. 675, 677t 679,
681, 68З t 685, 687, 688
ПолиэтилеН t марки
Dow М.1.2, свойства 654t 655
Dow M.1.7, свойства 658, 659
Dow M.1.20, свойства 656t 657
DYNr1, свойства 684t 685
DYNK', свойства 686t 687
1200Н, свойства 652, 653
204E t свойства 650, 651
ПО 1иэтилентерефталат 557
Полиэфирные смолы
свойства 557t 562
формование из листов 518, 557,
562
Полые изделия 569, 579
литье под давлеиием 570
ivIетоды выдуваиия 573
рабочие параметры 579
раздувание листа 570
рукава 573
сборка 570
формование 579 с.П.
центробе}кное литье 572
Поправки входа 439
Постоянная Стефана БОЛЬЦТ\1ана [О2
П/Jаflдтля критерий 112, 329
Предпластикатор 358
Прессформы см. ФОрl\IЫ
Приемное оборудование 321, 326 сл.
При)кимная рама 529
Проrиб валков каландра 445
Пропиоиат цеЛЛIОЛО3Ы
диэлектрическая постоянная 595
кривые течения 638, 640
теплоемкость 586
теплопроводность 586
теплостоЙкость 586
(t)a J(ffOP !\rIОЩНОСТИ 595
электрическая прочность 595
эффективная вязкость 639, 641
пропускатеjlыlяя способность 115
ПрОТJIНОТОК 1911 ] 92
ПсеВД l1l-!lастич ные ЖИДКОСТИ 291 30.-
Пуазеuля уравнениеllil293, 337
Раздуваиие листа 570, 573
основные стадии 575
Распорное усилие 432
методы измерения 432. 434
Рассекатель (торпеда) 376t 378
Реальные материа.пы 311 32, 34 сл..
Реrулирование
времени заполнения фОрА1Ы 395.,
давления впрыска 394
каландрования 432 ел.
сварки 585 t 588
.. шприцевания 275
зазора между валкаМl1 433, 434,.
444
литьевоrо иикла 353, 354, 405-,
профиля листа 444
рабочеrо цикла свар ки 585, '
587 ел.
температуры ваКУУМфОРI\Iования.,
536t 538
калаидрования 431 449
наrревательноrо цилиндра 354,-
381
процесса форrvIования полых
изделий 579
прессформы 354, 390
сварки 585
Реrу.пяторы температуры 273, 274'.
РеЖИw1Ы фОр7vfования 556, 557
РеUflольдса критерий 112
Реолоrические своЙства термопластов.
1 9 сл .
Реопексия и тиксотропия 331 56, 82"
Саран, свойства 123
Сварка, 582 сл.
ВИды 583
выIокочастотнаяя 583, 584, 594
rазовая 583, 597
давление 585, 588
индукционная 584, 599
f\/IОЩНОСТЬ поrреб.пяеr-.lая 596
пара1\lетры процесса 585, 603, 604
под преССО!v1 583, 584
u
при ПОIНОЩИ целен сопротивления
601
ШПРИЦ 1ашины 5841 60 1 .
602
«рабочая карта» 587, 588
рабочиЙ ЦИI\: ;1 585, 587, 597
744
УКАЗА Т.ЕЛЬ
1
L
CBapI<a
температура 585, 588t 598
теРМОI онтактная 583t 599
техника безопасности 601
фрикционная 584
Сварочные
аппараТbl 590, 591
rорелки 598
CeH Be""aHa те.По 23, 24
Серое тело 115
Сжимае IОСТЬ 47, 93, 94
«Скол ьжение» 483
'С1\1ес и
количествеииое описание 132
простые и С Т"Iучайные 133
Смесите.ли закрытые 428,. 461, 464
477. 479, 481, 491 и сл.
Бенбери 428 463, 477 482
«KO KHeдep» 489, 490
непрерывиоrо действия 161, 165
червячные 461, 486 488, 490
Смешение 131, 456 сл.
в замкнутой емкости 146
в простом смесителе] 62
время 144 146
идеальный процесс 140
интенсивность разделения 138
моделирование 484
непрерывиыЙ процесс i 48
оборудование 461 сл.
мощность потребляеf\13Я 150
периодический процесс 146
степень методы определения 460
расчет процесса 152
....
с применением маточиых смесеи
154
-теория 132, 457 сл.
СОПОЛИ 1ер
винил хлорида и винил ацетата,
свойства 728 737
формоваиие из .;ТIистов
561
стирола и акрилонитрила (RiV\D
4511 ) , 55 6 710, 7 11
с бутадиеНОllvl 556, 559
Сопротивление растрескиванию 553
«Степеиной закон» 41, 42 и сл.
Стержневое течение 260
Стефана Больцмапа постоянная 102
Стираны 688 695
Сушка rраиул 361
Текучесть 334
Т е.П о
абсолютно черное 115
Бинrаf\Iа 27
МаксвеЛvlа 24, 25, 36, 47
Пойнтинrа и TOТYICOHa 27
Сеи Венана 23, 24
С Iешанные f\'Iодели 27
Фойrта (Кельвина) 25 26, 36
Te lI1epaTypa
влияиие на время достижения
равновесия 49
на индекс течения 52
на ньютоновскую вязкость 53
u
на реолоrические своиства
51 сл.
в литьевых маlIlинах 361
в шприц машинах 235
ка..1андруеI\ifОЙ Сi\.lеси 449
,]]итьевоrо цикла 355., 424
наl ревательиоr'о цилиндра 361,
381
при адиабатическом шприцева.
нии 247
при вакуумформовании 247, 536,
538, 543, 556, 558
при изотеР11ическом шприцева
нии 235
при Сf\1ешеиии и дисперrирова-
нии 473 475
при фОР:vIовани полых изделии
579
сварки 585, 588 598
Тенайт ацетаты 630 633
ТенаЙт бутираты 634, 636, 637
Тенайт полиэтилены 668 671
Тенайт пропионаты 638 641
Тепловые характеристики полимеров
610
ТеПL<10емкоеть 91
ацетата цеJ1JIЮJJОЗЫ 631, 633
поливиии.пхлuрида 586
ПОl-lимеТИI-1J'vlеТЗI<рилата 586, 619
По.Ilистирола 586t 689
по иэтилена 586, 655, 663t 673
п РОIlионата цеЛЛIОЛОЗЫ 586
т еп.пообмен 1 О 1
Теплопередача 89 ел.
Теплопроводность 101, 103 ел.
ацетата це 1JIЮЛОЗЫ 557 586
ацетобутн рата целл!олозы 557
по ивинилхлорида 557, 586
ПОoJ1имеТи.Jll\1етакрилата 586, 6] 9
по истирола 556t 586, 689. 701
ПО.l II-:1ТЧ.i1ена 557, 586
ТаЙри,f{ 767 свойства 696, 697
Твердое тело, ндеа.,1ьное упруrо 19
УКАЗАТЕЛЬ
745
"
Теплопроводность
пропионата целлюлозы 586
этилцеллюлозы 557
Теплостойкость
ацетата цеЛ lЮЛОЗЫ 557', 586
ацетобутнрата це..ТIЛЮЛОЗЫ 557
поливинилхлорида 557,. 586
ПОJ1ИСТИ ро.ла 556
ПОЛИЭI:I1лена 557, 586
пропионата цеllТIЛЮЛОЗЫ 586
этилцеЛЛIОЛОЗЫ 557 ..
l'еплофизические расчеты 90
'[ермодинз\(ические функции 89,
. 90 сл.
Т'ермоконтактная сварка 583, 599
'еечение
в кольцевых каи лах 72
в трубах простой rеометрической
фОр IЫ 56
дв Yr\1ep ное 203
изотермическое в круrлых TPY
бах 56, 60, 61, 68, 69.
в трубах прямоуrольноrо ce
чения 71
между двумя плоскостями 70
нензотермическое i:J круrлых TPy
бах 76
неустаНОВИВIIlееся 47
u
ньютоновскои жидкости через
кольцевой каиал 336
одномерное 192 сл,
ПО"ТIный энерrетический балаис
96
етержневоrо типа 260
терl\tlопластов 19
устаНОВИБшееся 27, 28, 34
J'ефлон, свойства 123
Техника безопасности 59, 601
'"rехнолоrнчеСКJ:lе свойства полимеров
609
'"[иксотропия иреопексия 33, 56, 82
'rранспортнрование fvfатериала при
шприцеваиии 253, 254
Уравнение
Пуазейля 293, 337
состояния 49, 402
«степенное» 42
теплопроводности 101
Эйринrа Пауэлла 401 41! 61
Усадка 390 сл.
Утечки 215 сл.
Фактор мощности 593 t 595
Факторы потерь 593
Фойста тело 25
Формоваиие 501 сл.
вакуумное см. ВакуумфорrvIова
ние
BaKYYM и пиевмо , КОIV(биниро
ванное 517
из листов см. Листовые материа
лы
методы 502, 504
полых изделий C 1. полыIe изде
лия
реЖИr\1Ы 421 , 556, 557
сжатым ЕОЗД.УХОМ СМ. ПневfvТО
формование
Формуемость 407 и сл,
методы оп ределения 416 сл ,
режимы 417
теория 407, 409 сл.
ФОрl\1Ы 387 , 532
деформация 401
для вакуумформоваиия 532 сл '
для литья под давлением 352,
387, 419
для полых изделиЙ 571, 572
коиструкции 393, 395, 397 сл"
532 ел.
материал 399, 537
основные части 387
сроки службы 537
Форсунки "питьевых машин 352,
384
свободноrо истечения 384
смесительные 386
е обратным клапаНОl\1 406
конусом 384
с Illариковыl\tl клапаном 385
удлинеиные 386
Фрикционная CBapI{a 584
Фурье закон 1 01
У} еЛЬНЫЙ критериЙ сдвиrа 479, 497
У равиение
Ардичви ТIИ "433, 436
Бэrли 297, 298
Ваи дер.Ваальса, для ПОЛИi\1ера
49
r aCKe o ла 433) 435. 453
J1жи Лайона 293, 310
полноrо эиерrетическоrо баланса
97
Хи Факсы 672 674
Хи Факс 1700, свойства 674,675
746
УКАЗАТЕЛЬ
Целлюлоза
свойства 557, 628 сл.
формование из листов 501, 557 I
562
Центральиый литиик 391
Центробежное литье 572
.ЦИКJl формования 354, 356
Червяки 174
деление на Зоны 174, 257 сл..
конеТРУКЦIIЯ 175
u
распределение скоростеи в KaHa
1e 187 ел.
реrуляторы скорости вращения
277
поправки, учитывающие кривиз
ну канала 211 сл.
с частично заполнениыми каиа
лами 208 сл.
Число Рейиольдса 60, 112
Шприцевание 171 сл.
адиабатическое 247
изотермическое 229
режимы 231, 235, 242, 247, 249,
275
коитроль и управление 277, 278
плунжерное 171
теория 171, 184, 256 сл.
Шприц машины 171 сл.
rоловки см. rоловки шприц ма
ШИНЫ
зоны 174
комбинирование с вакуумформо
ванием 525
конструкция 172t 270 сл.
миоrочервячные 176
мощность 179, 220, 221 t 266,
267 с.!].
ОДНQчервячнЬrе 172, 185 ел.
основные элемеиты 173
периодическоrо действия 183
11ластицирующие см. ПлаСТИ1 И-
рующие Шприц машины
проектироваиие 171 сл., 256 сл.
ПрОфИJI ь скоростей 198 сл.
рабочие характеристики 178
реrуляторы те 1Пературы 272, 274
с вентилируе ilЫМ КОРПУСО '1 181
СI\.lеситеtrI ьные 183
с.пеllиальноrо назначения 181 с.тl.
течение ВДОJl ь ка нала 187 C.TI.
.. поперек каняла 197 c .
ш при Ц \-I а 1.11 и н ы
u
С переменнои вязкость ,
205 сл.
червяк и rоловка, характерИС1И
. ки 178, 211, 277
Штаl\1пование 502, 504
Штампы обрезные 565
ЭирUfl2а Пауэлла уравнение 40
Экстр,.Узия сМ. Шприцевание
Э rrектрическая прочиость
ацетата целлюлозы 595
найлона 123, 595
полимеТИЛlYIетакрилата 59Б
по.пистирола 123, 595
полиэтилена 123, 595
пропионата целлюлозы 595
Электрические своЙства термопластов
123, 593) 595
Энерrия активации вязкоrо течения
54, 55
Этилцеллюлоза
коэффициент линейиоrо расшире..
ни? 557
I<ривые течение 628
те lпература раЗl\1яrчения 557
теплопроводность 557
теплостойкость 557
фОРIvl0вание, реЖИ IЫ 557
эффективная вязкость 629
Этоцел 856, свойства 628t 629
Эффект(ы)
ВаЙссенберrа 43
входовые 34, 64, 66, 297, 298
зависящие оТ вреrvlеии 28, 33
концевые 23, 27, 34, 301 t 362
краевые 206, 209 t 226, 290, 301
ориентации 34 сл.
пристениоrо скольжения 56 57
ТИJССОТРОПИИ 34
уrловые 305
Эффективная ВЯЗI<ОСТЬ
ацетата цеJIЛЮЛОЗЫ 631, 633
пL")
ацетобутирата цеЛ J)ЮJlОЗЫ O O,
637
влияние давления 49
зависимость от эффективиоrо rpa k
диента скорости 281t 611 И сд.
И\IПJlеl(са А 627
JIIОЦНТОВ 614, 615, 617 еЛ:.
rvlетоды ОI1ределения 294, 295 C"l.
наrl.лона 643, 645
по.пИВИНИ.I1хлорида 714. 7i7 719,
721 r 723, 725
ОПЕЧАТКИ
..
а
Строка
Напечатано
I!I... "'1"
...
55 Формула
( 3.1 )
кv 1 / з CteC2/vt
1 08 Формула
. (64)
127 Формула
( 104 )
134 Формула
(1)
134 Формула
(2)
у== T T [
Т; Т,
. ( dx dz) dy .
Е [(с) === 1,82] + о (1 е) == е
а 2 == Е [(с 82]
194 Формула
(24)
213 17 снизу
222 Формула
(72)
234 9 сверху
1 .
nе
.
{,
rде R
дох 2 . az z 2
ду + ду
понимаете я
255
7t 2 D h cos b siп b
Форму ла
(141 )
11 снизу
Формула
. (23)
. 445 Формула
(16)
413
4lЗ
YJ
1]0 =:; 1] * [ k (Т Т* ) ]
( 8J3 J 4w 2 J + w 3 w
44 7 Формула
(11)
......., .h.............
C (l · и) + D2 D
[2
Заказ М 3018.
J
.
ДОАЖнй быть
......
кv 1 / з == С 1 е С2 / и t
.......
у == т Tf
Tl Т,
( 'tdxdz) du
Е (с) 1, 08 + о (1 8) == е
а 2 ::::: Е [(с 8)2)
1
пе
I t
rде D
av x 2 aV 2 2
IJ. д y +. ду
ПОНPlжается
1C 2 D 2 h cos ерЬ siп b 1
пе
t
У'
10
110 1] [ k (Т
Т*)]
(813 4w 2 [ + w 3 ) W
C 2 1 (1 2Z ) 2
+D2 D
12
..
УКАЗ.-'\. ТЕЛЬ
747
у
6
Эф:1)ективная вязкость
ПО.,lиi\tlетилметаКРИJ1ата 614, 615t
617, 618! 621, 626, 627
полистирола 688, 689, 691 69.
695. 697, 699 701, 703, 705, 709,
712
по иэтилена651, 653,657.,659,661.
663. 665 667 669,671,673,675,
677,679.68[,683, 685! 687! 688
Эффективная вязкость
пропионата цеЛЛЮtlТIОЗЫ 639! 641
функция скорости сдвиrа 31
этилцеллю.позы 629
Эсрфективный (средниЙ) коэффициент
теплопередачи 329
Юнr8 модуль 19
э. БЕРНХАРДТ
Переработка термопластичиых' материалов
М. t Мзда тельство «Химия» t 1965 r.
747 с.
удк 678.073: 678.027/029 20..8Z
Редакторы А. А. РО2айлu1Ш и Р. В. Торпер'
. Техи. редактор М.. Басuна
Художник Е. В. Бекетов
LI 1
Подписано к печати 20fVll 1962 Т. .
Формат 60х901/16. Бум. JI. 2З, 75- I Печ. JI. ........46.75.
Уч. изд. л. 43.10 ТираЖ 6000 8КЗ.
Цена 2 руб. 78 к. Заказ М 3018.
,,-
.
Московская тнпоrрафия Ng 21 сrJIавполиrpаФnрома..
rосу.nарствеиноrо комитета Совета Министров СССР
по Печати. Москва. 88. Уrрешская. 12