Modeling the process of polymers processing in twin­screw extruders

Abstract

Розроблено математичну модель процесу перероблення полiмерiв у двочерв'ячних екструдерах з одно-i рiзноспрямованим обертанням черв'якiв. Модель враховує теплообмiн полiмеру з черв'яками й цилiндром, а також реальнi граничнi умови (черв'яки обертаються, цилiндр нерухомий). Для аналiзу процесу використано модель видiленого С-подiбного об'єму, який обмежено одним витком нарiзки кожного iз черв'якiв i в якому перебуває певний об'єм перероблюваного полiмеру. Така модель дає змогу описати процес перероблення як у випадку повного, так i часткового заповнення робочого каналу перероблюваним матерiалом. Це особливо важливо в разi дозованого живлення екструдера полiмером, що характерно для сучасного екструзiйного обладнання. Дослiджено температурне поле полiмеру в робочих каналах екструдерiв з одно-i рiзноспрямованим обертанням черв'якiв i виконано порiвняння результатiв розрахункiв з експериментом. Теоретично обґрунтовано та експериментально пiдтверджено, що на вiдмiну вiд одночерв'ячного екструдера у двочерв'ячному екструдерi робочi органи спочатку потрiбно iнтенсивно нагрiвати, а потiм охолоджувати (у напрямку вiд завантажувальної лiйки до екструзiйної головки). Розроблена методика була успiшно використана пiд час вiдпрацьовування режимiв перероблення рiзних полiмерних матерiалiв на двочерв'ячних екструдерах з одно-i рiзноспрямованим обертанням черв'якiв дiаметром 125 i 83 мм, вiдповiдно. Розбiжнiсть розрахованого та експериментального значень температури на виходi двочерв'ячного екструдера з односпрямованим обертанням черв'якiв Ø83×30D не перевищує 10 %. При цьому експериментальне значення температури дещо перевищило задане значення. Це можна пояснити тим, що система термостабiлiзацiї робочих органiв для дослiджених режимiв переробдення не могла ефективно вiдводити теплоту дисипацiї, що видiлялася. Використання розробленої математичної моделi дасть змогу краще прогнозувати ефективнi режими роботи двочерв'ячних екструдерiв, особливо пiд час перероблення матерiалiв з низькою термiчною стiйкiстю Ключовi слова: двочерв'ячний екструдер, рiзно-та односпрямоване обертання черв'якiв, граничнi умови, температурне поле