聚合物的挤出过程是一个复杂的物理化学过程,其中包括物料的压实与输送,塑化与混合,相变与流变,化学反应、热量传递与能量交换等。对于普通单螺杆挤出机而 言,根据物料挤出过程中的物理状态变化及对螺杆各部位的工作要求,通常将其分成加料、熔融、计量三个区段。
加料段是由冷却料斗区、固体输送和迟滞区所组成,其职能是对物料进行压实和输送。加料段的工作效能,直接影响到挤 出机的生产能力和挤出过程的稳定性。然而,与其它区段相比, 对固体输送区的研究较少。 前文曾就挤出机螺杆化设计的特点与方法作了分析和讨论,指出,对于加料段及指定的螺杆,影响生产能力的主要几何参数有螺纹升角、螺槽深度等。本文着重探讨这些参数的取值范围。
1. 基本理论
相对而言 ,加料段内的温度较低 ,且物料承受的剪切和摩擦作用也相对地少,因而物料于该段内被压实并基本上以固态向前输送。但 以何种形式运动,目前存在两种不同的理论固体塞输送理论和非塞流固体输送理论 。
1.1固体塞输送理论
由 Da r n e ll,Mo l 和Tadmor于五六十年代提出的固体塞输送理论是目前为人们广泛接受的挤出理论。该理论认为,加料段 内的聚合物粒子被致密地压实,形成在螺槽上滑动的固体床或固体塞,其运动 的驱动力是机筒表面与固体塞之间的摩擦力 。在固体塞内无速度分布,因而流动方程可用固体塞轴向速度V1来表示,其体积流率:
1.2非塞流固体输送理论
F a n g等人通过在全程视窗挤出机观 察加料段内蝴料的运动,发现在形成固体塞之前, 存在一非塞流区。 郎物料颗粒之间彼此相对滑动,固相内部有速度分布,且与螺槽深度有关 。实验验证表明,挤出机生产能力和加料段压力的实测值与预测值较为接近,而Darnell-Mol-Tadmol理论则有较大的偏差。但是,由于存在速度分布,其流场和应力场的描述就变得相当复杂,需借助计算机求取数值解。