+7 (495) 465-16-29 Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Переработка пластмасс

Течение расплавов термопластов в каналах с промежуточной емкостью

Дубинский М.Б., Барштейн Г.Р., Сабсай О.Ю., Мжельский А.И., Фридман М.Л. 

Высокомол. соед.,1986, т. XXVIII Б, № 4, с. 314 - 316.

 
  
  
     В работе рассмотрены особенности течения расплавов термопластов в каналах с промежуточной емкостью. Схема экспериментальной установки изображена на рисунке. Цель работы - выделить из общих потерь давления  вклад промежуточной емкости P при течение в такой системе расплавов полимеров различной природы.

     Были измерены величины при течении через набор двух капилляров одинакового диаметра d = 0.5 мм и длиной 
L1 = 10 и L2 = 20 мм, разделенных промежуточной емкостью диаметром D = 18 мм и длиной l = 9.5 мм. Параллельно измеряли перепад давления PL при течении расплавов через один "цельный" (без промежуточной емкости капилляр суммарной длиной L = L1+ L2 = 30 мм того же диаметра d. Сопоставление значений и PL при одинаковых объемных расходах расплава полимера позволяет выделить вклад P = - PL в общем перепаде давления, который связан с присутствием в системе формующих каналов дополнительной емкости.

 
  

 Схема экспериментальной установки: 1 - резервуар вискозиметра, 2 - первый капилляр, 3 - промежуточная емкость, 4 - второй капилляр. Стрелкой указано направление движения плунжера.

 

  
 
     Эксперименты проводили на капиллярном вискозиметре "Реограф 2000" (фирмы "Геттферт", ФРГ) в режиме постоянных объемных расходов, давление измеряли в резервуаре вискозиметра. В процессе эксперимента в исследованном диапазоне объемных расходов колебания давления не возникали.
     Объектами исследования служили следующие термопласты: ПЭТФ, представляющий собой ньютоновскую жидкость, при течении которой потери давления на входе в канал Pвх пренебрежимо малы [1]; ПЭТФ принадлежит к медленно кристаллизующимся полимерам [2]; Mw использованного образца составляла 2.1104; ПЭНП - материал с сильно выраженной зависимостью вязкости расплава от скорости сдвига; это - быстрокристаллизующийся полимер [2]; 
Mw = 2105; блочный ПС - аморфный полимер, у которого вязкость и значения Pвх зависят не только от скорости сдвига, но и от давления; Mw = 2105.
     Наличие емкости создает дополнительные затраты давления (в сравнении с капилляром длиной L) на вход во второй капилляр системы Pвх, на выход из первого капилляра в емкость и на движение расплава внутри емкости.
     Оценки показали, что потери давления на течение расплава в емкости (на участке длиной l = 9.5 мм канала диаметром 
D = 18 мм) и на выходе из первого капилляра пренебрежимо малы для всех исследованных полимеров (они составляют менее 0.3% от ).
     Как оказалось, для ПЭТФ при любых объемных расходах Q величина P < 0, что представляется аномальным эффектом. Возможно это связано с известной способностью расплава ПЭТФ к кристаллизации под действием сдвиговых напряжений [3]. Можно предположить, что при течении ПЭТФ в капилляре длиной  L = 30 мм происходит частичная кристаллизация расплава в канале. при использовании системы капилляров с промежуточной емкостью в первом капилляре также возможна кристаллизация расплава, но образовавшиеся кристаллиты затем плавятся в промежуточной емкости.

   Потери давления при течении расплавов термопластов в каналах с промежуточной емкостью

   
Q, мм3 Потери давления, МПа
  P   P P/Pвх   P P/Pвх
ПЭТФ* при 280о ПЭНП при 150о ПС при 190о
1.42 6.0 -2.7 52.6 7.6 9.5 27.7 5.0 4.2
3.54 14.8 -6.5 71.5 9.2 7.7 40.0 5.0 2.1
07.08 32.0 -10.0 90.2 13.2 8.8 52.9 7.1 1.8
14.17 60.5 -15.0 111.0 16.2 8.1 76.5 15.0 2.2

  * Влагосодержание гранулята 0.003 вес.%

   
  
    В соответствии с изложенным выше величина P для расплавов ПЭНП и ПС должна определяться входовыми потерями во второй капилляр системы. Величины Pвх были определены по методу Бэгли (с использованием двух капилляров длиной 10 и 20 мм и диаметром 0.5 мм); в случае ПС расчет входовых потерь проводили по методике [4],  учитывающей зависимости вязкости и Pвх от гидростатического давления при давлениях >30 МПа [4, 5]. Пьезокоэффициент вязкости ПС принят равным 8.110-3 МПа-1 [4].
     Как видно из таблицы, в случае ПЭНП и ПС величина P > 0, однако она значительно превышает потери давления на входе из емкости  в капилляр (2 < P/Pвх < 10). Таким образом, роль емкости нельзя отождествлять с дополнительными потерями давления на входе из емкости в капилляр. Возможно, течение расплавов ПЭНП и ПС внутри емкости  имеет неустановившийся характер, и тогда оценки потерь давления, проведенные для установившегося ламинарного течения расплава в емкости, могут не соответствовать реальным величинам.
     Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что вклад промежуточной емкости в суммарные затраты давления  на течение расплавов в рассматриваемой системе существенно зависит от природы полимера и может иметь как положительный (ПЭНП, ПС), так и отрицательный (ПЭТФ) знак. В связи с этим следует отметить, что предложенная в работе [6] методика использования системы двух капилляров с промежуточной емкостью с целью ускорения проведения реологических исследований расплавов термопластов может в общем случае оказаться некорректной.
     Рассмотрение течения расплавов термопластов в каналах с промежуточной емкостью представляет интерес не только с теоретической точки зрения, но имеет также важное значение для технологической практики, в частности для переработки термопластов методом экструзии. Это связано с тем, что конструкция многих экструзионных головок включает систему каналов, разделенных промежуточными емкостями [7].

Литература

1. Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Свойства и переработка термопластов. Л., Химия, 1983, 288 с.
2. Годовский Ю.К. Высокомолек. соед. А, 1969, т. 11, № 10, с. 2129.
3. Тюдзе Р., Каваи Т. Физическая химия полимеров. М., Химия, 1977, 206 с.
4. Барштейн Г.Р.,
Сабсай О.Ю., Попов В.Л., Фридман М.Л., Ениколопян Н.С. Докл. АН ССР, 1985, т. 285, № 2, с. 371.
5. Westower R.F. S.P.E. transaction, 1961, v. 1, № 1, p. 14.
6. Crowson R.J, Scott A.J., Saunders D.W. Polymer Engng and Sci., 1981, v. 21, № 12, p. 748.
7. Тадмор З., Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. М., Химия, 1984, 629 с.