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物料的流变现象分析

High-efficiency energy saving heater

物料的流变现象分析

物料在挤出机的塑化过程中,一定温度下螺杆在机筒中转动,对PVC混合料进行加工,沿着螺杆旋转的前进方向分为三个区。固体输送区、熔融区、熔体输送(挤出)区。

在固体输送区,对应于机筒第1加热区段,螺杆转动将受热、剪切下的PVC物料由螺距宽且螺杆外缘与机筒间隙大地方向螺距窄且螺杆外缘与机筒间隙小的地方推进,PVC粒子被致密地压实后,在螺槽上形成滑动的“固体塞”。固体塞向前运动是依靠机筒表面与固体塞之间的摩擦力,而螺杆与固体塞之间的摩擦力却阻止固体塞向前运动。所以在机筒内,造成PVC粒子运动不在同一方向前进,在受热、剪切同时不时地翻滚、打滑,随螺杆旋转一部分向前运动、另一部分向后运动“架桥”,在“桥”后堆积起来,而下一个固体塞突破“桥”向前运动,随着物料挤出和物料在机筒内的流动,这种过程是反复进行的。在此区域中,PVC颗粒70%破碎成初级粒子,各种助剂粒子与PVC初级粒子分散,相当于扭矩流变曲线O-A、A-B、B-C区域物料的状况。

在熔融区,对应于机筒第2--3加热区段,物料在被挤压致密的过程中建立了相当大的压力,这些压力与周围热介质的软化作用在一起。此时,螺杆转动将物料继续向螺距窄且螺杆外缘与机筒间隙小的地方推进,把压实的颗粒变成密实的“固体膏状床”,成为粘流态。此时的“固体膏状床”是由一部分PVC高弹态与一部分PVC玻璃态、少量的PVC粘流态组成的混合状态。“固体膏状床”具有螺旋形螺槽的形状并且在螺槽内滑动。由于这种相对运动,在“固体膏状床”和机筒表面之间的熔膜内便产生了速度分布。于是,“固体膏状床”开始沿螺纹方向推进而流动,PVC熔膜遇到螺棱时,螺棱便将熔体从机筒上“刮下”,并且聚集在推进螺纹前方的螺槽后部的熔池中。当“固体膏状床”沿着螺槽运动时,越来越多的熔料被带入熔池,“固体膏状床”被逐渐破坏而成为粘流态向前输送。在此区域中,PVC粒子破碎成一级粒子、大分子链团共存,各种助剂粒子与PVC一级粒子进一步分散,相当于扭矩流变曲线C-D、D-E区域物料的状况。

在熔体输送(挤出)区,对应于机筒第4加热区段,PVC大分子在剪切力作用下,螺杆转动将物料继续向螺距窄且螺杆外缘与机筒间隙小的地方推进,流动的物料粘流体不断地定量挤出,形成熔体压力,保证了PVC异型材的最终成型产品的密实度。此区域中,PVC粒子已破碎成大分子链运动,大分子链缠结减少,链与链段运动自由空间较大,呈现高聚物熔体的特征,各种助剂粒子分子与PVC大分子链均匀分散,相当于温度--形变曲线中Tf以上状态。在这里,PVC熔体的均匀性,与各种助剂分散的均匀性,直接关系到PVC熔体的流动性,进而影响到挤出后的产品质量,相当于扭矩流变曲线E-F区域物料的状况。

在没有流变仪之前,为了研究PVC塑化质量,看到物料在挤出机内状态,在挤出机生产线挤出生产过程中突然停止转动后,将螺杆从机筒中取出,查看螺杆粘附的物料状态,可以直观分为加料段、熔融段、计量段,从中可以判断物料的流变性能。但是,这种方法只能看到的是静止的PVC物料塑化状态。而且流变仪看到的是动态的PVC物料塑化状态,现实意义较大。

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