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幂律系数

挤压了解卫星

螺旋的几何形状使剪切加热很难理解。想象一根不能飞的轴在管子里转动。想象一种非常粘稠的流体填充轴和管之间的空间,在右端有一点压力。由于这种假想的物质非常粘稠,转动轴需要做很多工作。轻微的压力使粘性流体从右向左移动。

轴的功在粘性流体中转化为热,称为粘性耗散。在实际的挤出机中熔化的聚合物也会发生同样的事情。只要熔体还在桶里,它就会继续被螺旋旋转加热。热量要么停留在聚合物中直到它离开挤出机,要么通过筒体和冷却系统从系统中去除。

聚合物很难冷却,因为它们导热性差。事实上,聚合物是极好的绝缘体——它们的传热率不到钢的1%。

同时,螺杆的旋转不断地给熔体增加热量,抵消了所提取的热量。桶体温度的微小变化对系统总的散热影响很小。随着螺杆转速的增加,粘性耗散热量的增加通常会超过冷却系统吸收热量的能力,即使在最大限度冷却的情况下,熔体温度也会继续增加。

螺丝尺寸也是一个因素。随着螺杆尺寸的增加,聚合物的用量与桶的表面积呈指数增长,因此桶的冷却效果会降低。
幸运的是,失控的温度不是规范,因为通过增加的温度和剪切速率(螺杆速度),聚合物粘度降低。结果,大多数挤出过程在给定聚合物的相对窄的熔体温度范围内操作。也就是说,不同的聚合物对剪切速率或温度具有不同的敏感性。

聚合物可以用幂律系数来描述,幂律系数是由不同温度下的剪切速率/粘度曲线导出的简单关系。它描述了挤出机大部分加工范围内的粘度。

粘度(µ)= m (T)ÿN-1

聚合物具有一致性指数(m)和能量律系数(n),其描述其相对于变化温度(t)和剪切速率(ÿ)的一般粘度行为。一致性指数主要是聚合物粘度和温度之间的关系。虽然有用在外推设计计算的粘度方面,但一致性指数有些被认为是依赖变量。

然而,电力法系数对发热产生显着影响,这反过来又影响了最终温度和结果粘度。这对于了解聚合物的最终熔体温度的预期可以使用特定的螺钉设计来实现这一非常重要。具有较低的功率 - 法系数的聚合物将看到粘度的更大变化与剪切变化的粘度。随着粘度下降,旋转该部分螺杆所需的能量将减小,并且将减小螺杆产生的额外热量。随附的表显示了几种聚合物类型的一致性指数和功率法系数,以及建立值的温度范围。

例如,在剪切速率或螺杆速度相同的情况下,HDPE的粘度比尼龙66的粘度降低了三倍。这意味着随着螺杆速度的增加,HDPE的额外剪切加热将小于尼龙66。

参考幂律系数,可以解释和预测许多螺杆计量段筒体超驰的影响。高幂律系数的聚合物,随着剪切速率的增加,通过粘性耗散,在熔体中产生更多的热量。这为最佳挤出机的选择增加了另一个复杂性,其中理想的L/D可能会受到聚合物的幂律系数的影响。一般来说,具有高幂律系数的聚合物应在较低的螺杆速度和较短的长/D螺杆上进行加工。

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