30 Математична модель зони завантаження. Коефіцієнт бокового тиску, його значення при аналізі руху “пробки”

Рассмотрим закономерность движения полимера в зоне загрузки экструдера с радиусами цилиндра R₃ и червяка R₁. Червяк имеет однозаходную нарезку с шагом винтовой линии t и углом подъема  (рис. 14.3), При вращении червяка и трении полимера о его поверхность на внутренней цилиндрической поверхности червяка длиной R₁ dθ возникает сила трения S_ч:

Sч=K1 p_l f_ч b R₁ dθ,

где p_l – гидростатическое давление; K₁ – коэффициент бокового давления на цилиндрическую поверхность червяка; f_ч, (f_ш – на рис. 14.3) – коэффициент трения полимера о поверхность червяка; b – ширина канала червяка, b = (t – e) cos  ; e – ширина гребня витка червяка; θ – угол движения полимера по своей винтовой линии вдоль оси червяка.

Сила трения на поверхности червяка создает изменение крутящего момента на величину dM_ч:

(14.1)

От трения на поверхности цилиндра возникает сила S_ц , которая вызывает изменение крутящего момента на величину dM_ц:

(14.2)

где f_ц – коэффициент трения полимера о поверхность цилиндра; ω – угол между вектором скорости движения гранул и осью винтового канала червяка.

На боковых гранях витка червяка на полимер воздействует крутящий момент, образующийся от сил трения S₂ и S_n, возникающих соответственно от действия давления p_l и нормальной составляющей силы S_ц :

(14.3)

Крутящий момент от действия этих сил равен:

(14.4)

где R_ср – средний радиус канала червяка; K₂ – коэффициент бокового давления на виток червяка, K₁ ≈ 2K₂; h_з – глубина канала червяка в зоне загрузки.

Рис. 14.3 Схема расположения векторов сил трения в винтовом канале червяка.

Рис. 14.4. Зависимость коэффициента бокового давления К₂ для гранулированного ПЭНП от температуры и давления.

При определении баланса сил движения материала в зоне загрузки имеет коэффициент бокового давления К₂ (коэффициент передачи давления на боковую поверхность шнека), величина которого в значительной степени зависит от температуры и давления (рис. 14.4). Понятие “коэффициент бокового давления” введено Силиным В.А. Ранее распределение давления в зоне загрузки принималось “гидростатическим”, т.е. одинаковым во всех направлениях. Коэффициент бокового давления – это отношение давления на стенку цилиндра (червяка) к давлению по оси червяка.

31. Пространственное (сетчатое) структурирование термопластов

Механизм структурирования.

Межмакромолекулярные реакции (сшивания, отверждения – для реактопластов, вулканизации – для резин) могут приводить к образованию сетчатых структур за счет соединения исходных линейных или разветвленных макромолекул полимеров. Они могут проте­кать по двум направлениям:

1) реакции функциональных групп разных макромолекул друг с другом с образованием устойчивых химических связей между макромолекулами;

2) реакции низкомолекулярных веществ с реакционноспособными по отношению к ним участками разных макромолекул полимера.

Реакции сшивания исходных макромолекул термопластов можно разделить на следующие основные типы:

1) сшивание насыщенных и ненасыщенных полимеров пероксидами (пероксидное сшивание);

2) сшивание излучениями высоких энергий (радиационное сшивание);

3) сшивание кремнийорганическими соединениями (силанольное сшивание).

Принципиальное отличие сетки химических связей в структуре полимера от флуктуационной сетки физических связей между макромолекулами состоит в том что в сетчастых структурах способность кристаллических структур разрушатся может появиться лишь при химическом распаде поперечных связей или макромолекулярных цепей, т. е. предел эксплуатационной устойчивости полимера возрастает до температур его химического разложения, тогда как полимерные макромолекулы построены регулярно, то они образуют кристаллические структуры, которые могут повышать стойкость полимеров к действию повышенных температур, механических напряжений, растворителей. Однако при длительном действии этих факторов кристаллические структуры разрушаются и полимер снова приобретает способность к необратимым деформациям.

В сетчатых же структурах такая способность может появиться лишь при химическом распаде поперечных связей или макромолекулярных цепей, т. е. предел эксплуатационной устойчивости полимера возрастает до температур его химического разложения.

Рассмотрим теперь структурные характеристики сетчатого полимера, образованного путем сшивания его исходных линейных изолированных макромолекул. Участок соединения макромолекул поперечными химическими связями называется узлом сетки или поперечной связью.

Определяющей характеристикой сетчатой структуры полимера является молекулярная масса, или размер участка цепи между двумя сшитыми звеньями (узлами). От размера этих участков зависит проявление свойств индивидуальных макромолекул в сетчатой структуре полимера.

Индекс сшивания представляет собой величину γ = М_о/М_с, где М_о – исходная средняя молекулярная масса полимера в момент его сшивания; М_с – средняя молекулярная масса отрезка между сшитыми звеньями (узлами сетки). Таким образом, индекс сшивания является величиной, показывающей, сколько сшитых звеньев приходится на одну среднестатистическую макромолекулу сшиваемого полимера.

Методи отримання зшитого поліетилену.

PEX-a. Метод є хімічним способом модифікації поліетилену за допомогою органічних пероксидів чи гідропероксидів. Органічні пероксиди представляють собою похідні перекису водню (НООН), де один (гідропероксид, ROOH) або два (пероксид, ROOR) атоми водню заміщені органічними радикалами. Найбільш підходящим агентом для зшивання є перекис дикумилу.. Кількість пероксида, що додається в розплав складає 0,5-2кг на 1 т поліетилену.

Утворення поперечних зв'язків відбувається за рахунок виникнення активних радикалів під впливом перекису, що вводиться в поліетилен разом з антиокислювачами на стадії приготування композиції (рис. 17.2). Кількість міжмолекулярних зв'язків складає 2–3 на 1000 атомів вуглецю.

Застосовуються два способи виробництва:

– зі зшивкою поліетилену в процесі екструзії при течії полімеру у формуючому інструменті;

– зі зшивкою поліетилену після екструзії під впливом інфрачервоного випромінювання з довжинами хвиль, що вибірково впливають на перекиси і спричиняють їх активацію без істотного нагрівання і розм'якшення поліетилену.

В обох випадках для виробництва використовується лінія зі стандартним набором агрегатів. Відмінність полягає в тому, що в першому випадку використовується поршневий екструдер з подовженим формуючим інструментом, а в другому – звичайний шнековий екструдер, після якого встановлюється нагрівальна піч.

Він гарантує повне об'ємне охоплення маси матеріалу впливом пероксидів, тому що вони додаються у вихідний розплав. Однак, цей метод вимагає, щоб ступінь зшивання РЕХ не була нижче 75%, що робить виріб більш твердим в порівнянні з виробами, отриманими іншими методами.