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用挤出法论证幂律模型

Overview

资料来源: 凯瑞先生和迈克尔 g. 本顿, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, LA

聚合物熔体通常形成简单的形状或 "产品", 如圆柱状颗粒、扁平的薄片或管子, 使用挤出机。1聚烯烃是最常见的可聚合物之一。挤出涉及输送和熔融固体饲料, 有时与非高分子材料混合, 以及熔体或混合物的压力建立和运输。它适用于热塑性聚合物, 在加热时会变形, 并在冷却时恢复其早期的 "no 流动" 特性。

使用简单的实验室挤出机, 可以检查操作条件对聚合物输出和压降的影响, 并利用 "幂定律" 模型对聚合物熔体的流动和溶液进行关联。该模型用于将过程扩展到更复杂的挤出机。可以确定操作条件与理论位移行为 ("滑移") 和挤出形状 ("模膨胀") 的偏差之间的关系。

在本试验中, 将采用一种典型的热塑性聚合物, 如高密度聚乙烯 (HDPE) 共聚物 (乙烯 + 较长的链烯烃)。模具和区域的工作温度取决于材料。流速可以通过对模具输出进行定时的称量来确定。所有其他必要的数据 (螺杆速度, 区域温度, 压力进入模具) 可以从仪表板读取。

Procedure

在这个实验中, 一个典型的热塑性共聚物 (埃克森美孚 Paxon BA50, 熔融温度〜204° c) 高密度聚乙烯 (HDPE) 加上更长的链烯烃将挤出通过圆柱形模具。

1. 初始化挤出机

  1. 当你准备给挤出机通电时, 打开排气管。
  2. 用聚合物颗粒填充料斗和挤出机。
  3. 确保马达开关是 "关闭"。然后打开主开关 "ON"。
  4. 将模具温度设置在 220-250 ° c, 区域1温度 5-20 ° c 以上的熔融温度, 和区域2温度之间的区域1温度和模具温度使用上/下键的面板上。
  5. 在所有加热区域的温度达到设定点后, 等待至少1小时, 将聚合物挤出机内。这就是所谓的 "热浸泡", 它是 critcally 重要的, 因为任何固体留在熔体将施加过高的压力, 在模具, 导致不稳定的流动。

2. 操作挤出机

  1. 使用两个开关打开马达 "ON"。
  2. 设置所需的速度。从低转速开始, 并逐步增加转速, 因为聚合

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Results

用幂律模型计算了 Q 与 p 的关系, ir 在简单几何的管道中采用简单的形式, 在这种情况下就是模。从流量、速度和温度测量等方面计算了幂律常数和其他量, 如剪切速率、剪切应力和滑移程度。在图 2中显示了代表性数据和通过线性回归对公式 2的拟合。数据横跨以下范围: 质量流程 = 11-28 g/分钟, 切变率 (在墙壁) = 35-八十五年代-1, ?...

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Application and Summary

聚合物挤出由熔融聚合物树脂开始, 通过料斗进入挤出机。熔融聚合物的流动取决于物质的粘度 (剪切应力与剪切速率的比值)。聚合物从模具中离开, 并形成所需的尺寸。聚合物的流动预计将遵循幂定律模型。

在这个实验中, 幂定律模型的力学, 包括它如何与 z 方向的运动方程相结合, 来分析非牛顿流体的流动, 以及对螺杆速度和 T 的响应的流动和粘度的变化有多大观察.粘弹性?...

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References
  1. Principles of Polymer Processing, Z. Tadmor and C.G. Gogos, Wiley Intersicence, Hoboken, 2006 (Ch. 3, 4, 6, 9-10); Analyzing and Troubleshooting Single Screw Extruders, G. Campbell and M.A. Spalding, Carl Hanser, Munich, 2013 (Ch. 1, 3, A3).
  2. Transport Phenomena by R.B. Bird, W.E. Stewart, and E.N. Lightfoot, John Wiley, New York, 1960 (Ch. 2-3) and Process Fluid Mechanics by M.M. Denn, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1980 (Ch. 2, 8, 19)
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0:07

Overview

1:19

Principles of Extrusion

2:59

Extruder Start-up and Heat-soak

4:21

Extruder Operation and Data Collection

5:43

Extruder Shut Down and Data Processing

6:48

Results

7:53

Applications

9:41

Summary

此集合中的视频:

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