اختصاصی بسپار/اهمیت گرانروی در فرایند ذوب اکسترودرها

بسپار/ایران پلیمر محاسبات مورد نیاز برای تعیین دمای مذاب مناسب برای هر بسپار پیچیده است. دانستن ضریب قانون توانی و شاخص قوام (consistency index، ضریب قانون توانی در شارش برشی، مترجم) بسپاری که رانشگری می‌‌کنید ممکن است مفید باشد.

————————————

ذوب در یک ماردان رانشگری (یا تزریق) با برش یا کشش بسپار ناشی از چرخش ماردان نسبت به سیلندر رخ می‌‌دهد. مقاومت در برابر چرخش ماردان یا قدرت پیشرانه متناسب با گرانروی بسپار در تماس با سیلندر است. اگر سیلندر را قبل از راه‌‌اندازی پیش گرم کنید، با شروع چرخش ماردان، ابتدا با مذاب پوشیده می‌شود.

گرانروی بسپار در تماس با سیلندر در یک مکان مشخص که ماردان از طریق آن می‌چرخد ​​به طور مداوم در طول ماردان تغییر می‌کند. گرانروی به آهنگ برش و دمای بسپار بستگی دارد. آهنگ برش طبق رابطه πDN/h تعریف می‌‌شود که در آن D قطر ماردان برحسب اینچ، N، سرعت ماردان برحسب دور بر ثانیه (rev/sec) و h، عمق کانال برحسب اینچ است.

اثر آهنگ برش بر گرانروی بسپار برای هر بسپار خاص با ضریب قانون توانی (n) تعریف می‌شود. اثر دما بر گرانروی با شاخص قوام (m) تعریف می‌شود. توان حاصل از برش بسپار را اتلاف گرانرو (e_m) می‌نامند. به این صورت است که اکثر انرژی حاصل از چرخش ماردان دمای بسپار را تغییر می‌دهد. هنگامی که چرخش ماردان شروع می‌شود، معمولا انرژی بسیار کمی از گرمکن‌‌های سیلندر‌ وارد رانشگر می‌شود. در واقع، بسیاری از رانشگرها با تمام نواحی گرم/سرد در حالت سرمایش کار می‌کنند.

محاسبه e_m = m(γ)¹⁺ⁿ اتلاف گرانرو را در هر نقطه توصیف می‌کند. با این حال، این فقط در آن نقطه درست است و انباشت انرژی و افزایش متناظر در دمای بسپار در طول کل ماردان را در نظر نمی‌گیرد. انجام این کار در طول ماردان یک محاسبه پیچیده و زمان‌‌بر است.

اگر داده‌های واقعی را در فرمول اتلاف گرانرو برای چهار بسپار وارد کنید (جدول 1) می‌توانید تاثیر قابل توجهی که گرانروی بر ذوب دارد را مشاهده کنید. با استفاده از طراحی ماردان 5/4 اینچی یکسان برای هر بسپار و بررسی آهنگ برش فقط در ‌بخش پیمایش با عمق 35/0 اینچ در 100 دور بر دقیقه نشان می‌دهد:

=π(4.5)(100/60)/0.35=67.32 sec^-1γ

اگر این مقادیر را در محاسبه اتلاف گرانرو [e_m=m(γ)¹⁺ⁿ] قرار دهید، نتیجه روان­شوندگی برشی بسپارها تحت کرنش (چرخش ماردان) و افزایش دما است. هر چه اتلاف گرانرو بیشتر باشد، توان بیشتری به بسپار در اثر برش وارد می‌شود.

جدول 1: مقادیر ضریب قانون توانی و شاخص قوام.

بسپار	شاخص قوام  (m)	ضریب قانون توانی (n)
پلی‌‌اتیلن پرچگالی	20000 PaS	0.41
پلی‌‌پروپیلن	7500 PaS	0.66
نایلون 66	600 PaS	0.38
پلی‌‌کربنات	600 PaS	0.98

 

همان‌‌طور که در جدول 2 مشاهده می‌کنید، بسپارها به طور قابل توجهی از نظر شاخص قوام و ضریب قانون توانی متفاوت هستند، اما ترکیب این‌‌ها برای تعیین تبدیل توان ضروری است. پلی‌‌اتیلن پرچگالی (HDPE) دارای شاخص قوام زیادی است، بنابراین گرانروی خود را با افزایش آهنگ برش حفظ می‌کند. از سوی دیگر، پلی‌‌پروپیلن دارای شاخص قوام کمتر، اما ضریب قانون توانی بیشتر است و در نهایت با اتلاف گرانروی بیشتری نسبت بهHDPE  همراه می‌شود و در نتیجه دمای مذاب مشابهی را در همان ماردان به دلیل چگالی مذاب متفاوت ایجاد می‌کند. تا حد زیادی، اتلاف گرانرو PP مشابه HDPE است.

نایلون 66 کاملا متفاوت است و برای مطابقت با اتلاف گرانرو HDPE به آهنگ برشی بسیار بالاتری نیاز دارد. پلی‌‌کربنات به دلیل ضریب قانون توانی بسیار زیاد در محدوده متفاوتی نسبت به نایلون 66 قرار دارد. نایلون 66 و پلی‌‌کربنات هر دو معمولا پس از خشک شدن فراورش می‌شوند، در نتیجه گرم می‌شوند و انرژی مورد نیاز و اتلاف گرانرو کاهش می‌یابد. HDPE  و PP معمولا در حالت خشک فراورش نمی‌شوند. به همین دلیل است که فقط نگاه کردن به برخی از منحنی‌های آهنگ برش/گرانروی اطلاعات کافی برای طراحی یک ماردان ارایه نمی‌دهد.

جدول 2: نازک‌‌شوندگی بسپار تحت کرنش.

برگردان: دکتر فاطمه خودکار

[email protected]

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره ۲۴۴ ماهنامه بسپار که در نیمه بهمن ماه 1401 منتشر شده است بخوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه  و  فیدیبو  قابل دسترسی است.