熔体输送理论研究螺杆均化段如何确保物料塑化并稳定挤出,以获得高质量制品。理论分析了熔体在均化段中的四种流动状态:正流、倒流、横流和漏流,这些流动共同影响熔体的输送率。通过控制螺杆转速和机头压力,可以优化熔体输送率,但需平衡产量与制品质量。
熔体输送理论(又称流体动力学理论或简称流动理论)主要研究螺杆的均化段如何保证物料的彻底塑化,并使之定温、定压、定量、连续地从挤出机挤出,以获得稳定的产量和高质量的制品。
(1)熔体在普通挤出机均化段中的四种流动状态 为了讨论方便,在螺杆均化段螺槽中取一微小单元的熔体,并假定螺杆固定不动,而机筒以原来螺杆的速度做反向螺旋运动,在机筒与熔体的摩擦力的作用下,微小单元的熔体被拖动向前流动。其流动速度v可以分解为两个分速度,一个是平行于螺棱的分速度v2,称为正流速度。另一个是垂直于螺棱的分速度vx,称为横流速度,其流动速度如图4-5(a)所示。这样,熔体在均化段中的流动可看成由下面四种类型的流动所组成,如图4-5(b)所示。
① 正流(又称顺流或拖流)。它是平行于螺棱沿螺槽向机头方向的一种流动,其流量用Qa表示。这种流动是由机筒内表面对螺槽中的熔体在平行螺棱方向上的作用力引起的。
② 倒流(又称压力流、反流或逆流)。它是与Qa方向相反的一种流动,其流量用Qp表示。这种流动是由机头、分流板、过滤网等对熔体的反压(即机头压力)引起的。
③横流(又称环流)。它是与螺棱相垂直的一种流动,其流量用Q,表示。这种流动是由机筒内表面对螺槽中的熔体在垂直螺棱方向上的作用力引起的。当这种流动到达螺棱侧面被挡回时,便沿着螺棱侧面向上流动,又被机筒所挡,再做与横流速度方向相反的流动,从而形成环流,其流动状态如图4-6所示。横流对熔体的混合、热交换、均化影响很大,也消耗一定的能量,而对总的熔体输送率影响不大。所以,通常只考虑它对制品质量的影响而忽略对产量的影响。
④漏流(又称泄流)。它是螺杆与机筒间隙中的一种流动,该流量用Q表示,对于普通机头压力)引起的。挤出机而言,漏流的方向指向料斗。这种流动也是由机头、分流板、过滤网等对熔体的反压(即机头压力)引起的。
综上所述,熔体在普通挤出机均化段中是以螺旋形的轨迹向前流动,其总的流动是以上四种流动的组合。故普通挤出机的熔体输送率Qm应由正流量Q』、倒流量Qp和漏流量Q组成,即
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(2)熔体输送理论对生产实践的指导作用 关于工艺条件的控制由分析与讨论可知,2m 随螺杆转速(n)的提高而增大,而随机头压力(p)的提高而减小。因此,要想提高Qm应增大n、降低p,但应合理地控制,否则将因0m的提高而降低制品质量,熔融理论已经证明了这一点。因此,在正常成型过程中,当其他条件给定的情况下,改变工艺条件n、p是不可取的。