Numerical study of nonisothermal flow of polymer melt with undermelted granules in an annular channel of a disk extruder

Abstract

Добру якість розплаву можна отримати, коли досягається механічна і температурна однорідності. Ефективним обладнанням, яке забезпечує високий рівень перемішування при невеликому перепаду тиску і відповідно незначних витратах енергії, є дисковий екструдер. Розглянуто процеси, які відбуваються в циліндричному кільцевому каналі, який починається після гвинтової нарізки. Оскільки процес проходить за дисперсійною моделлю плавлення, то в першому й другому каналах зони гомогенізації відбуваються одночасно процеси гомогенізація і доплавлення гранул, що експериментально чи теоретично ще не досліджувалося раніше в літературних джерелах. Проведено обчислювальний експеримент на основі створеної моделі течії розплаву з недоплавленими гранулами в прямому кільцевому каналі, в якому враховуються конструктивні характеристики дослідно-промислового дискового екструдера і де в якості модельного об’єкта вибрано полімерну композицію на основі поліетилену високого тиску (марки ПЕВТ 15803-020). Наведено процедуру розрахунку в аналітичній формі. Отримано графічні залежності розподілу температур розплаву, питомий об’єм гранул, розподіл середньої температури гранули та зміну ефективної в’язкості розплаву вздовж каналу при значеннях обертів диска 120, 150 та 180 об/хв. Температура розплаву збільшується поступово при частоті обертів диска від мінімального значення 120 об/хв до номінального значення 150 об/хв, а при частоті обертів диска від номінального значення до максимального – 180 об/хв. Збільшення температура відбувається швидше. Робота спрямована на дослідження дискового екструдера, який дозволяє розробити гнучкий і керований процес гомогенізації з можливістю визначати й регулювати високий рівень перемішування розплаву під час процесу екструзії за сталої продуктивності. Результати цієї роботи будуть застосовані при подальшому дослідженні неізотермічних процесів течії розплаву та плавлення гранул у конусній кільцевій та в дисковій зонах

A computational experiment was carried out on the basis of the created model of melt flow with undermelted granules in a straight annular channel, which takes into account the design characteristics of a pilot-industrial disk extruder. A polymer composition based on high-pressure polyethylene (PE 15803-020) was chosen as a model object. The calculation procedure is presented in an analytical form at disk speeds of minimum value – 120, nominal value – 150, and maximum value – 180 rpm