압출을 통한 멱 법칙 모델 시연

Overview

출처: 케리 M. 둘리와 마이클 G. 벤턴, 화학 공학부, 루이지애나 주립 대학, 배턴 루지, LA

폴리머 용융은 종종 압출자를 사용하여 원통형 펠릿, 평평한 시트 또는 파이프와 같은 간단한 모양 또는 "압출"으로 형성됩니다. 1 폴리올핀은 가장 흔한 압출 가능한 폴리머 중 하나입니다. 압출은 때때로 비 중합체 물질과 혼합되는 고체 사료를 운반하고 녹는 것을 포함하며, 용융 또는 혼합물의 압력 축적 및 수송을 포함한다. 열가소성 폴리머에 적용되며, 가열시 변형되어 냉각시 이전의 "유동 금지" 특성을 다시 시작합니다.

간단한 실험실 압출기를 사용하여, 폴리머 출력 및 압력 강하에 대한 작동 조건의 효과를 검사할 수 있으며, 그 결과 데이터는 폴리머 용융 및 용액의 흐름에 대한 "전력법" 모델을 사용하여 상관관계가 있을 수 있다. 이 모델은 프로세스를 보다 복잡한 압출기로 확장하는 데 사용됩니다. 작동 조건과 이론적 변위 동작("미끄러짐") 및 압출 모양("다이 팽창")의 편차 사이의 관계를 결정할 수 있습니다.

본 실험에서, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 공중합체(에틸렌 + 더 긴 체인 올레핀)와 같은 전형적인 열가소성 폴리머가 사용될 것이다. 다이 및 구역의 작동 온도는 재료에 따라 다릅니다. 유량은 시간 지정된 간격으로 다이 출력을 계량하여 결정할 수 있습니다. 다른 모든 필요한 데이터(나사 속도, 구역 온도, 다이에 들어가는 압력)는 계기판에서 읽을 수 있습니다.

Procedure

이 실험을 위해, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 전형적인 열가소성 중합체(ExxonMobil Paxon BA50, 용융 온도 ~204°C)와 더 긴 체인 올레핀이 원통형 다이를 통해 압출된다.

1. 압출기 초기화

  1. 압출기에 전원을 공급할 준비가 되면 배기 "ON"을 켭니다.
  2. 호퍼와 압출기를 폴리머 펠릿으로 채웁니다.
  3. 모터 스위치가 "OFF"인지 확인합니다. 그런 다음 기본 스위치 "ON"을 켭니다.
  4. 다이 온도를 220-250°C, 구역 1 온도 5-20°C 이상 용융 온도, 그리고 패널상상/아래 쪽 키를 사용하여 구역 1 온도와 다이 온도 사이의 영역 2 온도를 설정합니다.
  5. 모든 가열 된 영역의 온도가 설정 점에 도달하면 압출기 내부의 폴리머를 녹일 때까지 최소 1 h를 기다립니다. 이것은 "열 흡수"라고하며, 용융에 남아있는 고체가 다이에 지나치게 높은 압력을 가하여 불안정한 흐름을 초래하기

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Results

Q 대 ΔP 관계는 전원 법 모델을 사용하여 계산되었으며 ir은 간단한 형상의 도관에서 흐름에 대한 간단한 형태를 취하며,이 경우 다이입니다. 흐름, 속도 및 온도 측정에서 전단 속도, 전단 응력 및 미끄러짐 정도와 같은 전력법 상수 및 기타 수량을 계산했습니다. 대표적인 데이터와 선형 회귀에 의한 방정식 2에 대한 적합성은 도 2에표시...

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Application and Summary

중합체 압출은 호퍼를 통해 압출기에 들어가는 폴리머 수지의 용융으로 시작됩니다. 용융 된 폴리머의 흐름은 물질의 점도 (전단 응력대 전단 속도의 비율) 거동에 따라 달라집니다. 폴리머는 다이를 통해 나뭇잎, 원하는 치수에 형성된다. 중합체의 흐름은 전력법 모델을 따를 것으로 예상된다.

본 실험에서, 비뉴턴 유체의 흐름을 분석하기 위해 동작의 z 방향 방정식과 함께 ?...

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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)
Tags
ExtrusionPower Law ModelIndustrial ProcessPolymersTubingPipesCar PartsToysSmall Scale StudyPolyolefinsPolyethyleneCopolymersThermal Plastic MaterialSolid FeedMoldDieNon pliable PropertiesLab ExtrudersPower Law Model ParametersOperating ConditionsTheoretical BehaviorExtrudate ShapeHopperBarrelResistive Heating ElementsTemperature ZonesHelical ScrewMixing And Melting

건너뛰기...

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

이 컬렉션의 비디오:

article

Now Playing

압출을 통한 멱 법칙 모델 시연

Chemical Engineering

9.9K Views

article

핀 튜브 열교환기의 열전달 효율 테스트

Chemical Engineering

17.7K Views

article

트레이 건조기를 사용한 대류 및 전도열 전달 조사

Chemical Engineering

43.6K Views

article

프로필렌 글리콜 용액의 점도

Chemical Engineering

31.9K Views

article

실리카 알루미나 분말의 다공성 측정

Chemical Engineering

9.5K Views

article

가스 흡착 장치

Chemical Engineering

36.3K Views

article

증기-액체 평형

Chemical Engineering

86.0K Views

article

환류비가 트레이 증류 효율에 미치는 영향

Chemical Engineering

76.7K Views

article

액체-액체 추출의 효율성

Chemical Engineering

48.0K Views

article

액상 반응기: 자당 반전

Chemical Engineering

9.6K Views

article

화학적 변형을 통한 살리실산의 결정화

Chemical Engineering

23.9K Views

article

충전 층 반응기의 단상 및 2상 흐름

Chemical Engineering

18.7K Views

article

폴리디메틸실록산에 대한 부가 중합의 반응 속도

Chemical Engineering

15.9K Views

article

촉매 반응기 에틸렌의 수소화

Chemical Engineering

29.7K Views

article

스핀 앤 칠의 열전달 평가

Chemical Engineering

7.2K Views

JoVE Logo

개인 정보 보호

이용 약관

정책

연구

교육

JoVE 소개

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. 판권 소유