ПЛАСТИНФО: полимеры, оборудование, упаковка, пластмасса, ПВХ, экструдер, термопластавтомат, полипропилен, полиэтилен

Понимание оценки изменения вязкости расплава при экструзии

Тема: Сырье

Вязкость неньютоновских полимеров зависит от температуры и скорости сдвига в соответствии с уравнением: η = mγn–1, где вязкость (η) равна произведению коэффициента консистенции (m), скорости сдвига (γ) и показателя степенного закона (n) в степени (–1). 

Влияние на вязкость коэффициента консистенции может оценить только специалист. Коэффициент консистенции (степень изменения вязкости при увеличении температуры) зависит от величины энергии, подводимой к полимеру за счет сдвига (трения) при вращении шнека. 

При трении увеличивается температура полимера (вязкая диссипация или преобразование механической энергии в тепловую), что приводит к еще большему снижению вязкости. Коэффициент консистенции характеризует скорость уменьшения вязкости при увеличении температуры. 

При расчете вязкости следует учитывать как коэффициент степенного закона, так и коэффициент консистенции. Кривые на графиках характеризуют влияние на вязкость скорости сдвига, а расстояние между кривыми – влияние температуры. 



В таблице представлены значения коэффициента консистенции и коэффициентов степенного закона для некоторых основных полимеров при температурах их переработки. 



Степень изменения вязкости материала под действием сдвиговых напряжений часто характеризуется только коэффициентом степенного закона, однако коэффициент консистенции может оказывать на вязкость материала еще большее влияние, поэтому его следует обязательно учитывать. Для приведенных полимеров определенные значения вязкости при увеличении скорости сдвига до 100 с–1 снижаются не пропорционально коэффициенту степенного закона именно из-за влияния коэффициента консистенции. 

Поэтому два полимера с одинаковой текучестью или индексом расплава при более высоких скоростях сдвига (при переработке) могут иметь совершенно различную вязкость. Индекс расплава измеряется на капиллярном реометре при очень низких скоростях сдвига. 

В таких условиях вязкость под действием напряжений сдвига практически не снижается. Из-за влияния коэффициента степенного закона и коэффициента консистенции ПЭВП и ПП при одинаковой скорости сдвига и немного отличающейся температуре могут иметь разную вязкость: вязкость ПЭВП может в 3 раза превышать вязкость ПП. 

Это означает, что при переработке на одном и том же оборудовании (с одной и той же конструкцией шнека) температура ПЭВП может быть значительно выше, чем температура ПП. 

За счет расчета вязкости можно эффективнее оценить количество энергии, которое необходимо подводить к экструдеру, температуру расплава и текучесть различных полимеров, не используя при этом графики зависимости вязкости от скорости сдвига. 

В некоторых полимерах может достигаться почти автогенный или адиабатический режим, при котором вязкость снижается пропорционально скорости сдвига или скорости вращения шнека. За счет этого минимизируется степень вязкой диссипации и не увеличивается потребление энергии оборудованием. 

Например, при переработке ПП при скорости вращения шнека 1500 об./мин и при нормальной температуре количество необходимой энергии остается пропорциональным производительности оборудования (из-за автогенного эффекта). Но для многих полимеров такое правило не выполняется. 

Расчет нагрузки на двигатель с использованием расчетного значения вязкости часто является сложным и требует использоваться компьютерных программ моделирования. Однако расчетные значения вязкости позволяют оценивать количество энергии, которое необходимо подводить к разным полимерам при переработке их на одношнековых экструдерах с разным размером шнека и разным соотношением L/D.

Значения коэффициента степенного закона и коэффициента консистенции можно узнать у поставщика полимера или отыскать в виде справочной информации в Интернете.


Источник: Ptonline

URL: http://plastinfo.ru/information/articles/697/