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Demonstration der Kraft Gesetz Modell durch Extrusion
 

Demonstration der Kraft Gesetz Modell durch Extrusion

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Extrusion ist ein industrielles Verfahren, das Polymeren und anderen Materialien in definierten Formen, wie z. B. Schläuche und Rohre für Anwendungen wie Autoteile und Spielzeug verwandelt. Es ist in dem kleinen Maßstab vor der Konstruktion von industriellen Maschinen untersucht. Gängige Materialien für Extrusion sind Polyolefine Polyethylen und Copolymere. Während der Extrusion der thermischen Kunststoff, bekannt als solide Futter transportiert, gemischt und geschmolzen. Die Substanz wird durch eine Form bekannt als sterben, nach der es kühlt und nimmt den nicht biegsam Eigenschaften übergeben. Einfache Labor-Extruder können verwendet werden, um verschiedene Parameter beeinflussen die Polymer-Ausgabe mit einem macht-Gesetz-Modell zu untersuchen. Darüber hinaus können Beziehungen zwischen Betriebsbedingungen und Abweichungen vom theoretischen Verhalten sowie Extrudat Form hergestellt werden. Dieses Video zeigen ein Extruder Funktionsweise, Handhabung und Kraft Gesetz Modell verwenden, um den Prozess zu bewerten.

Der Extruder besteht aus einem Trichter, die feeds in das Polymer-Granulat, ein Fass, bestehend aus einer zylindrischen Kammer mit resistiven Heizelemente zur Steuerung der unterschiedlichen Temperaturzonen und eine spiralförmige Schraube, die sich um die Mittellinie dreht. Die Kanäle der Schraube sind breitesten am Anleger, mischen und schmelzen zu fördern. Die Kanäle werden jedoch zunehmend eng und flach entlang der Länge der Schraube. Die Schraube soll sorgen für stetigen Transport vom Anleger, während der Rückgang der Volumen und Aufbau und Druck entfallen, da das Futter schmilzt. Das Verhalten eines geschmolzenen Polymeren hängt von der Temperatur, Druck und die Viskosität, die das Verhältnis der Schubspannung, Rate zu Scheren ist. Für die meisten Polymeren sinkt Viskosität mit Temperatur und Scherkräfte, so dass sie nicht-Newtonschen Flüssigkeiten. Insbesondere Polymerschmelzen sind in der Regel viskoelastische und ihren Fluss wird durch eine Power-Gesetz-Modell beschrieben. Das Gesetz enthält zwei empirische Konstanten. M ist der Elastizitätsmodul der Viskosität und stark temperaturabhängig. Und n kann auch mit der Temperatur variieren. Die Leistung recht konstanten können vom Volumenstrom, Druck und Geometrie berechnet werden. Die Durchflussmenge wird durch Wiegen gegründet, Die Ausgabe über zwei Zeitintervalle. Nun da Sie wissen, wie funktioniert ein Extruder, lassen Sie uns das macht Recht Modell in einem realen Experiment anwenden.

Das thermoplastische Material in diesem Experiment ist ein high-Density-Polyethylen-Copolymer, enthält Links zu Ethylen und eine lange Kette Olefin. Um zu starten, schalten Sie den Auspuff auf. Nehmen Sie die Polymer-Pellets und füllen Sie den Behälter des Extruders. Stellen Sie sicher, dass der motor ausgeschaltet ist, und schalten Sie den Hauptschalter auf ein. Die Temperatur-Einstellungen sollte das Material im Einsatz angepasst werden. Stellen Sie die Temperatur der Zone eine um etwa 5 bis 20 Grad Celsius über dem Schmelzpunkt des Polymers, die etwa 200 Grad Celsius ist. Stellen Sie die Temperatur der Zone 3, die die Temperatur der zylindrischen Form, zwischen 220 und 250 Grad Celsius ist. Schließlich stellen Sie die Temperatur der Zone 2 zwischen eins und drei Zonen. Überprüfen Sie die Temperatur aller beheizten Zonen zu sehen, ob sie den gewünschten Sollwert erreicht. Sollwerte erreicht sind, warten Sie mindestens eine Stunde, eine Phase genannt Heat-Soak. Heat-Soak sorgt für jede verbleibende solid Polymer, die sonst sterben, was in instationären Strömungen zu hoher Druck kann schmelzen.

Schalten Sie den Motor auf. Legen Sie die gewünschte Geschwindigkeit mit Hilfe des Schalters beginnend mit niedriger Drehzahl. Und die Geschwindigkeit schrittweise zu erhöhen, da das Polymer gilt die sterben zu beenden, bis die niedrigste gewünschte Geschwindigkeit erreicht ist. Überschreiten Sie 3.000 Psi sterben Druck nicht. Führen Sie den Extruder für 10 Minuten, nachdem die gewünschte Geschwindigkeit erreicht ist. Überprüfen Sie regelmäßig den Trichter um sicherzustellen, dass es genügend Harz Pellets hat. Pre-wiegen Sie die Pfannen für die Probenahme verwendet werden. Schutzhandschuhe anziehen. Mit Schere, sorgfältig schneiden Sie sehr heiß Extrudats in einer Pre-gewichteten Pfanne und wiegen Sie die Masse des Polymer, das extrudiert wurde zwischen gemessenen Zeitintervalle, die Strömungsgeschwindigkeit zu berechnen. Messen Sie den Durchmesser des Extrudats Bandes mit einem Mikrometer. Mit Hilfe des Reglers, passen Sie den Sollwert an neue Gegebenheiten an und warten Sie 10 Minuten. Proben und Daten zu sammeln, wie zuvor ausgeführt. Um den Datensatz bei unterschiedlichen Temperaturen zu erhalten, senken Sie die Geschwindigkeit und verwenden Sie die Temperatur-Controller, um den Sollwert der Zonen anzupassen. Warten Sie 15 Minuten vor den Proben.

Der Extruder Motorschalter und den Hauptschalter ausschalten. Verwenden die Masse und die Dichte Schmelze des Polymers, berechnen der Volumenstrom q mit dem Potenzgesetz der Modulus der Viskosität, m und n, dass am besten das Material bei einer Temperatur von bestimmten sterben charakterisieren Kraft Gesetz Index zu bestimmen. Der Dreh-und Angelpunkt zwischen diese beiden Gleichungen ist die Balance, Dynamik, die Scherspannung bezieht sich auf den Druckverlust über den Lauf. Kombinieren Sie diese drei Gleichungen in eine Differentialgleichung, die gelöst werden können, um volumetrische Durchflussrate zu erbringen. Linearisieren Sie diese Gleichung und lineare und nichtlineare Regression mit m und n zu finden und vergleichen Sie die Ergebnisse. Nun, lassen Sie uns die Daten analysieren und prüfen, wie gut sie Kraft Gesetz Modell installiert ist und ob es überhaupt mit dem Modell übereinstimmt.

Die lineare Regression, die Kraft Gesetz Modell wird in diesem Diagramm gesehen, die die Beziehung zwischen dem Druck P und Volumenstrom Q zeigt. Der Bestimmungskoeffizient zeigt eine gute Passform. Die Kraft Gesetzes Index, n und e-Modul der Viskosität, m, zeigen, dass dies eine Pseudoplastic, d. h. als Scherung Ratenerhöhung, Viskosität sinkt. Es ist mehr als 10 Millionen Mal viskoser als Wasser bei Raumtemperatur und 10.000 Mal mehr zähflüssig als Glyzerin. Die Durchflussmenge erschienen einige geringfügige Auswirkungen auf das sterben Dünung Verhältnis, aber nicht auf Polymer Schlupf haben. Zusammenfassend lässt sich sagen es zeigt, dass die Power-Gesetz-Modell in Verbindung mit dem Impulssatz, angemessen beschreiben den Fluss der nicht-Newtonschen Flüssigkeit, den Fluss und die Viskosität ändert sich entsprechend Schneckendrehzahl und Temperatur anzeigt.

Gibt es eine Vielzahl von Extrusion Techniken, die in industriellen Fähigkeiten Prozesse und Benchtop-Forschung verwendet werden, um verschiedene Arten von Produkten, Rohre und Kunststoffe bis hin zu Biomaterialien zu erstellen. Extruder umwandeln Polymere in einfachen Formen. Sie können auch nicht-polymerer Additive, die Polymermischung mischen. Zusatzstoffe werden zugesetzt, um die mechanischen Eigenschaften des Endproduktes, oft Vermittlung mehr Härte zu ändern. Beispiele hierfür sind Weichmacher, Antioxidantien und Flame Retardants. Anorganische Zusätzen wie Talkum oder Carbon, sind von begrenztem nutzen, weil sie nicht schmelzen. Extrusion ist auch die Grundlage für den 3D-Druck, ein Prozess, in dem eine thermoplastische Tinte Austritt aus einer Düse und lagert sich auf einer Fläche in vielen Schichten um ein dreidimensionales Material zu erstellen. Dieses vielseitige Technik wird im Bereich Biotechnik zur Bio-Print gewebespezifischen Zelle Konstrukte geprüft. Eine weitere wichtige Anwendung für Extruder ist Produkte zu einer Spritzgussform füttern, die das Material in einen Formhohlraum mit Druck zwingt. Es ist ähnlich wie bei Druckguss. Dieser Prozess schafft mehr spezialisierte Produkte und ist daher in ihrer Anwendung beschränkt. Neben Rohrleitungen, Schläuche und Verpackungsmaterialien dient der Extrusion auch allgemein für die Lebensmittelverarbeitung. Produkte wie Brot, Nudeln, Süßigkeiten, Getreide oder Tiernahrung, werden in großen Mengen extrudiert. Produkte mit hohem Stärkegehalt werden häufig in Essen Extrusion wegen ihrer Feuchtigkeit und Viskosität Profile verarbeitet.

Sie habe nur Jupiters Einführung in Polymer Extrusion beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, das Verfahren der Extrusion, wie der Fluss, Geschwindigkeit und Temperatur des Prozesses beeinflussen können und wie man das macht Recht Modell, um es zu bewerten gilt. Danke fürs Zuschauen.

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