Файл: Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. Конструкции, расчет и проектирование учеб. пособие.pdf

Ян = рн/р — коэффициент наполнения червяка с учетом его геометрической формы и размеров гранул по­ лимера рн = 0,0s-0,9 — насыпная плотность полимера в межвитковом пространстве);

г)с — коэффициент скольжения транспортируемого материала.

личии противодавления, то по формуле В. А. Силина получают

=Ю— С = 0,9).

Впрактических расчетах необходимую площадь (в м2) нагре­ вательной поверхности плавильной решетки для капроновых гра­ нул без учета оребрения можно находить по эмпирической зави­ симости

тем.

Меньшие значения k принимают при большей температуре нагрева решетки.

С точки зрения достижения максимальной производительности, при минимальных затратах энергии наиболее эффективна плоская решетка с концентрическими ребрами, обеспечивающая макси­ мальную теплоотдачу. Наилучшей формой сечения ребер является

220

трапецеидальная с углом 0,38—0,40 рад [10] и размерами сече­ ния ребра: высота 3,5—7 мм, ширина основания 2,5—3,5 мм; длина ребра должна быть по возможности максимальной.

Шнек, подающий гранулы, не только создает дополнительное давление на плавильную решетку, но и вызывает круговое пере­ мещение гранул в зоне плавления. В результате перепад темпера­ туры расплава в различных точках подрешеточного пространства не превышает ± 1 К. Концентрические ребра постоянного сечения не задерживают расплав и гранулы при их круговом перемещении. Радиальные ребра создают дополнительные сопротивления, что ухудшает перемешивание гранул и расплава.

Решетки с концентрическими ребрами в 2,5 раза эффективнее решеток без ребер.

Радиальные каналы в решетке служат для отвода расплава с решетки в ее центральное отверстие. Число и сечение этих ка­ налов следует брать минимальными, в противном случае эффектив­ ность оребрения снижается. Суммарное сечение каналов должно обеспечить отвод требуемого объема расплава.

Материал решеток должен отвечать следующим требова­ ниям:

иметь хорошие теплофизические свойства, т. е. обладать вы­ соким коэффициентом тепло- и температуропроводности;

быть химически стойким к расплаву при высокой температуре; иметь низкую стоимость; иметь достаточную прочность и легко обрабатываться.

Наиболее полно этим требованиям отвечают серебро, золото, красная медь, алюминий и его сплавы, магний и некоторые дру­ гие металлы.

Однако с экономической точки зрения наиболее подходящими материалами являются алюминий и его сплавы и в первую очередь сплав АК4, Преимущество серебра по сравнению с алюминием и его сплавами заключается в более высоких теплофизических харак­ теристиках, но это слишком дефицитный материал.

Теплофизические свойства сплава алюминия АК4: коэффициент

Надрешеточный конус служит для распределения гранул на нагревательной поверхности плавильной решетки. От формы ко­ нуса зависит не только равномерность поступления гранул на все участки решетки, но и производительность плавильной головки.

Наиболее распространены надрешеточные конусы трех видов

(рис. 156).

Исследования показали, что наиболее удачной конструкцией является конус с углом наклона образующей в 0,52 рад (30°), обеспечивающий наименьшее колебание температуры на поверх-

221

ности плавильной решетки (±3,5 К) и максимальное давление гранул на решетку (1,5— 1,7 МН/м2).

Расчет и проектирование плавильной решетки« По заданной производительности решетки при известных свойствах перераба­ тываемого гранулята находят:

площадь нагревательной поверхности плавильной решетки по уравнению (204);

Рис. 156. Формы надрешеточных конусов:

а, в — цилиндр, переходящий в конус; 6 — усеченный конус

__ Qo

~п ’

где г] — коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду (практика эксплуатации плавильных головок по­ казала, что ц л* 0,75).

По найденной площади F нагревательной поверхности пла­ вильной решетки следует подобрать надрешеточный конус с углом я/6 рад.

Пользуясь приведенными рекомендациями, можно выбрать ма­ териал решетки, профиль и размеры ребер и радиальных каналов.

Расчет и проектирование плавильных устройств экструдерного типа. В последние годы в качестве плавильных устройств приме­ няют пластицирующие экструдеры преимущественно при получе­ нии полиамидных, полиэфирных и полиолефиновых волокон. Экструдеры обеспечивают высокую производительность (до 35 г/с), незначительное время пребывания в них расплава, возможность

222

переработки высоковязких расплавов (до 5000 Н .с/м2) и низкое содержание в волокне низкомолекулярных соединений (до 2,5%).

При переработке термопластичных материалов применяют одно­ шнековый обогреваемый экструдер (рис. 157), состоящий из шнека 6, загрузочной воронки 4, гильзы 8, привода (электродви­ гатель 18, редуктор 1, муфта 2).

Рабочая зона экструдера состоит из трех зон: зона питания (транспортирование гранул), сжатия и выдавливания. Все зоны имеют электрические обогреватели. Температура в первой и вто­ рой зонах обогрева несколько ниже температуры плавления по-

Рис. 157. Одношнековый экструдер:

1 — редуктор; 2 — муфта эластичная; 3 — подшипник упорный; 4 — воронка; 5 — люк;

лимера, в третьей зоне температура постепенно повышается и лишь на выходе температура расплава достигает заданной ве­ личины.

Профиль нарезки и угол подъема паза шнека в зоне питания зависит от формы и свойств перерабатываемого полимера.

Транспортирование полиамидных гранул, их нагрев и уплот­ нение происходят в загрузочной зоне экструдера. Гранулы пере­ мещаются вдоль оси шнека в результате наличия сил трения, воз­ действующих на них со стороны поверхностей гильзы и шнека.

При установившемся движении формулы для определения сил трения Fs и скорости ѵ движения гранул вдоль оси шнека имеют вид [2]:

223