Читать онлайн «Плавление полимеров в экструдерах»

Н. М. Труфанова, А. Г. Щербинин, В. И. Янков ПЛАВЛЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ В ЭКСТРУДЕРАХ ПРЕДИСЛОВИЕ Большинство высококачественных технических и текстильных нитей из расплавов волокнообразующих полимеров (поликапроамид, полиэти- лентерефталат, полипропилен и т. д. ) получают через гранулят, предварительно подвергая его экстракции и сушке. В этих случаях для плавления гранулированного полимера (из порошкообразных полимеров расплавы волокна практически не получают) используют специальные машины — экструдеры. Конструкции экструдеров довольно разнообразны — особенно при производстве пластических масс, но в производстве волокон наибольшее распространение получили одночервячные экструдеры. Устройство этих машин, на первый взгляд, кажется простым. Действительно, винт (шнек) и гладкий корпус — вот и все основные детали экструдера. На самом деле в экструдере происходят очень сложные, с точки зрения математического описания, процессы с фазовыми переходами. Гранулированный полимер в первой зоне экструдера сжимается и подается в зону с обогревом, где он начинает плавиться. По мере продвижения гранулята вдоль канала винта поверхность границы раздела фаз сначала возрастает, но по мере проплавления полимера — начинает уменьшаться, а затем и исчезает совсем, и готовый расплав выдавливается из экструдера. Поскольку объем гранулята больше объема получившегося расплава, глубину канала винта на входе в экструдер делают обычно больше, чем на выходе, осуществляя таким путем сжатие гранулята. Воздух (как правило, азот) выдавливается через гранулят во входную воронку. По мере продвижения гранулята нарастает давление и изменяется температура не только по длине, но и по поперечному сечению канала, причем в зоне расплава полимера формируются и все время перестраиваются профили скоростей, т. е. действуют законы механики жидкости, а в твердой пробке полимера — законы движения сыпучего материала. При плавлении различные полимеры ведут себя по-разному, поэтому часто требуется подгонка конструкции винта для каждого отдельного полимера. Идеальным считается экструдер, который в течение длительного времени обеспечивает постоянную производительность по расплаву при заданном давлении и температуре на выходе. Но на практике это бывает редко из-за отключения отдельных мест прядильных машин, из-за засорения фильтров расплава, из-за изменения свойств гранулята и т. д. Как правило, после экструдера устанавливается шестеренный насос, с помощью которого регулирование экструдера осуществляется по датчику давления, устанавливаемому после экструдера. Регулируют не только число оборотов винта, но и температуру зон обогрева экструдера. Таким образом, экструдер в производстве синтетических волокон представляет собой сложную самоуправляющую машину, к которой предъявляются очень жесткие технологические требования. Математическое моделирование экструдеров до настоящего времени является больше искусством, чем наукой, и хорошо и правильно конструируют эти машины специалисты, длительное время занимающиеся ими, хорошо чувствующие физику процесса и сам шнек — это гениальное творение разума Архимеда.