Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education Library
Chemical Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

Démonstration du modèle Power Law par Extrusion
 

Démonstration du modèle Power Law par Extrusion

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

L’extrusion est un procédé industriel qui transforme des polymères et autres matériaux dans des formes déterminées, telles que les tubes et tuyaux pour des applications aussi diverses que des jouets et de pièces de voiture. Elle est étudiée à la petite échelle avant la conception de machines industrielles. Documents communs pour extrusion sont des copolymères polyoléfines et polyéthylène. Durant l’extrusion, la matière plastique thermique, appelée l’alimentation solide, est transportée, mélangée et fondue. La substance est passée par un moule appelé le dé, après quoi il se refroidit et se poursuit aux propriétés non pliable. Extrudeuses de laboratoire simples peuvent être utilisés pour étudier les différents paramètres influant sur la sortie de polymère à l’aide d’un modèle de loi de puissance. En outre, les relations entre les conditions d’exploitation et des déviations de comportement théorique, mais aussi de forme de l’extrudat, peuvent être établies. Cette vidéo illustre comment fonctionne une extrudeuse, comment le faire fonctionner et comment utiliser le modèle de loi de puissance pour évaluer le processus.

L’extrudeuse se compose d’une trémie, qui se nourrit dans les granules de polymère, un tonneau, composé d’une chambre cylindrique avec des éléments de chauffage résistif pour contrôler les zones de température différente et une vis hélicoïdale qui tourne autour de l’axe central. Les canaux de la vis sont plus larges dans la mangeoire pour promouvoir le mélange et la fonte. Toutefois, les canaux sont plus étroites et peu profondes le long de la vis. La vis est conçue pour assurer le transport régulier depuis le chargeur, tout en comptant pour la réduction de volume et accumulation et la pression à mesure que le flux de fond. Le comportement d’un polymère fondu dépend de la température, la pression et la viscosité, ce qui est le rapport entre la contrainte de cisaillement à taux de cisaillement. Pour la plupart des polymères, viscosité diminue avec la température et au cisaillement taux, ce qui les rend fluides non newtoniens. Plus précisément, les polymères fondus sont généralement viscoélastiques et leur débit est décrit par un modèle de loi de puissance. La Loi de puissance contient deux constantes empiriques. M est le module de viscosité et fortement dépendante de la température. Et n peut aussi varier avec la température. Les constantes de la loi pouvoir peuvent être calculées à partir le débit volumétrique, la pression et la géométrie. Le débit est établi en pesant sur deux intervalles de temps de sortie de la filière. Maintenant que vous savez comment fonctionne une extrudeuse, nous allons appliquer le modèle de loi de puissance dans une expérience réelle.

Le matériau thermoplastique utilisé dans cette expérience est un copolymère de polyéthylène de haute densité, qui contient des liens de l’éthylène et une oléfine à longue chaîne. Pour commencer, tournez le gaz d’échappement à on. Prendre des granulés de polymère et de remplir la trémie de l’extrudeuse. Assurez-vous que l’interrupteur du moteur est éteint et puis allumez l’interrupteur principal. Les réglages de température doivent être ajustées à la matière en cours d’utilisation. Régler la température de la zone un à environ 5 à 20 degrés Celsius au-dessus du point de fusion du polymère, qui est d’environ 200 degrés Celsius. Régler la température de la zone trois, qui est la température de la filière cylindrique, entre 220 et 250 degrés Celsius. Enfin, réglez la température de la zone deux entre les zones un et trois. Vérifiez la température de toutes les zones chauffées pour voir si ils ont atteint le point de consigne souhaité. Une fois que les seuils sont atteints, attendre pendant au moins une heure, une phase appelée chaleur-trempage. Chaleur-trempage assure la fusion d’un polymère solide résiduel, qui, autrement, peut exercer des pressions trop élevées sur le dé, ce qui entraîne des flux instables.

Tourner le moteur en marche. Régler la vitesse désirée à l’aide de l’interrupteur en commençant par le bas régime. Et augmentez graduellement la vitesse comme le polymère est vu quittant le dé jusqu'à ce que la plus basse vitesse désirée est atteinte. Ne pas dépasser 3 000 lb/po2 die pression. Exécutez l’extrudeuse pendant 10 minutes après que la vitesse désirée est atteinte. Vérifier périodiquement la trémie afin qu'il ait suffisamment granules de résine. Avant peser les casseroles à utiliser pour la collecte d’échantillons. Mettez des gants de sécurité. À l’aide de ciseaux, soigneusement découper l’extrudat très chaud dans un moule préalablement pondérée et peser la masse du polymère qui a été extrudé entre les intervalles de temps chronométré pour calculer le débit d’eau. Mesurer le diamètre de l’extrudat ruban avec un micromètre. Utilisez le régulateur de vitesse, ajuster la consigne à un nouveau réglage et attendre 10 minutes. Recueillir des données et des échantillons interprété auparavant. Pour obtenir l’ensemble des données à différentes températures, réduire la vitesse et utiliser les contrôleurs de température pour ajuster le point de consigne des zones. Attendre 15 minutes avant de prélever les échantillons.

Éteignez l’interrupteur du moteur extrudeuse tant l’interrupteur principal. En utilisant le taux de masse et la densité de fusion du polymère, calculer le débit volumétrique, Q. utiliser la Loi de puissance pour déterminer le module de viscosité, m et l’indice de pouvoir de droit, n, que mieux caractériser le matériau à une température donnée meurent. Le pivot entre ces deux équations est l’équilibre dynamique, qui porte la contrainte de cisaillement sur la chute de pression dans le Canon. Combiner ces trois équations dans une équation différentielle qui peut être résolu pour obtenir le débit volumétrique. Linéariser cette équation et utiliser la régression linéaire et non linéaire pour trouver m et n et comparer les résultats. Maintenant, nous allons analyser les données et examiner la façon dont il sera monté par le modèle de loi de puissance et s’il est compatible avec le modèle du tout.

La régression linéaire pour le modèle de loi de puissance est vu dans ce graphique, qui représente la relation entre la pression P et le débit Q. Le coefficient de détermination montre un bon ajustement. L’indice de pouvoir de droit, n et le module de viscosité, m, indiquer que c’est un Pseudoplastique, c'est-à-dire comme la majoration tarifaire de cisaillement, viscosité diminue. C’est plus de 10 millions de fois plus visqueux que l’eau à température ambiante et 10 000 fois plus visqueux que la glycérine. Le débit semble avoir quelque incidence légère sur le ratio de houle de mourir, mais pas sur le glissement de polymère. En résumé, il montre que le modèle de loi de puissance, en conjonction avec l’équation de quantité de mouvement, convenablement décrire l’écoulement de ce fluide non newtonien, indiquant les changements de débit et de la viscosité en réponse à la température et la vitesse de la vis.

Il existe diverses techniques d’extrusion qui sont utilisés dans les procédés de compétence industrielle et la recherche de benchtop de créer divers types de produits, allant des tuyaux et des plastiques aux biomatériaux. Extrudeuses convertissent des polymères dans des formes simples. Ils peuvent également mélanger additifs non polymérique pour le mélange de polymères. Des additifs sont ajoutés afin d’en modifier les propriétés mécaniques du produit final, souvent conférant plus de ténacité. Les exemples de plastifiants, antioxydants et flamme bromés. Les additifs inorganiques, tels que le talc ou carbone, sont d’une utilité limitée car ils fondre pas. L’extrusion est également la base pour l’impression 3D, un processus dans lequel une encre thermoplastique quitte provenant d’une buse et se dépose sur une surface en plusieurs couches pour créer un matériau en trois dimensions. Cette technique polyvalente est explorée dans les applications de la bio-ingénierie pour constructions bio-impression spécifique des tissus cellulaires. Une autre utilisation clée pour extrudeuses est de nourrir les produits à un moulage par injection, ce qui oblige le matériau dans une cavité de moule à l’aide de la pression. Il ressemble au moulage sous pression. Ce processus crée des produits plus spécialisés et est donc limité dans son champ d’application. En plus de tuyaux, tubes et matériaux d’emballage, extrusion est aussi couramment utilisée pour la transformation des aliments. Produits, tels que pain, pâtes, confiseries, céréales ou aliments pour animaux familiers, sont extrudés en grandes quantités. Produits riches en amidon sont couramment traitées en extrusion d’aliments en raison de leurs profils d’humidité et de la viscosité.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE d’extrusion de polymère. Vous devez maintenant comprendre le processus d’extrusion, comment le débit, la vitesse et la température peuvent affecter le processus et comment appliquer le modèle de loi de puissance pour l’évaluer. Merci de regarder.

Read Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter