Обратное смешение

Смешение — очень ответственная операция в большинстве процессов экструзии. Наибольшие трудности при смешении вызывает обратное смешение. Высокое качество обратного смешения особенно важно при низкой концентрации красителя, смешиваемого с основным полимером. При очень низкой концентрации красителя расстояние между частицами может достигать 100 мм и более. Если необходимо снизить толщину слоя красителя до микронного уровня, то это означает, что исходная толщина должна быть уменьшена на пять порядков, что является крайне трудной задачей.

Большинство исследований процесса смешения посвящено поперечному смешению [16], обусловленному, главным образом, скоростью куэттовского сдвига между вращающимся шнеком и неподвижным цилиндром экструдера (для одношнековых экструдеров обычно лежит в диапазоне от 50 до 100 с '). С учетом времени пребывания в зоне течения расплава (20 с) относительная деформация сдвига должна составлять от 1000 до 2000. Полученный результат означает, что толщина слоя при поперечном смешении уменьшается приблизительно на три порядка. Во многих случаях этого оказывается недостаточно для достижения высокого качества смешения.

Продольное или обратное смешение обусловлено течением иод действием градиента давления. Обратное смешение является одной из главных проблем смешения в шнековых экструдерах, поскольку аксиальные скорости деформации при экструзии очень низки, особенно в центре канала и для жидкостей с сильной зависимостью вязкости от скорости сдвига. Проблемы обратного смешения усложняются при малом содержании диспергируемого компонента, особенно когда оба компонента находятся в виде гранул; линейный размер слоев при этом может достигать 100 мм. Если конечная толщина слоя должна быть в пределах 1 мкм, аксиальное смешение должно снизить толщину слоя, как минимум, на 5 порядков.

Полагая аксиальные скорости сдвига при течении расплава близкими нулю в центральной области канала, при отсутствии смешивающих устройств можно ожидать, что качество аксиального смешения будет низким.

Смесительные элементы и канавки в лопастях шнека улучшают аксиальное смешение, поскольку способствуют разделению потоков и изменению направления жидкости. Очевидно, что один ряд смесительных элементов оказывает лишь весьма ограниченное влияние на аксиальное смешение. Качество смешения можно улучшить, изменяя расстояние между элементами таким образом, чтобы специально создавать потоки с различными аксиальны м и с корос гя м и

Решение проблемы улучшения аксиального смешения заключается в интенсивном переходе жидкости из внутренних областей с повторной циркуляцией во внешние области и наоборот. Наиболее простой, но эффективный способ достижения этого — использование смесителя с обратным направлением потока. Гребни такого смесителя сдвинуты таким образом, чтобы материал в центральной области разделялся ими, а затем выталкивался к поверхностям шнека и цилиндра экструдера под действием градиента нормального давления, возникающего на боковой стороне гребня.

Еще один способ улучшения обратного смешения при низком содержании красителя заключается в уменьшении толщины исходных слоев путем уменьшения размеров частиц обоих компонентов. С этой точки зрения гранулы лучше крупных кусков, а порошок лучше гранул. Однако уменьшение размеров частиц смешиваемых материалов может приводить к другим проблемам, например, при транспортировке и захвате воздуха.

Так, добавление красителя к жидкости может снизить начальный размер частиц. В этом состоит одно из главных преимуществ использования жидких красителей. При этом, однако, могут возникать проблемы, связанные с образованием слоя, скользящего по поверхности цилиндра экструдера и тем самим снижающего транспорта ру ющу ю эффекта вность экструдера.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >