Виброуплотнение и дегазация полимерных материалов
При вибрировании порошкообразных или гранулированных полимеров и полимерных композиций, находящихся в твердом состоянии или претерпевающих переход в высокоэластичное или вязкотекучее состояние, наблюдается виброуплотнение материала, сопровождающееся удалением газовой фазы. Указанный эффект обусловлен тем, что при воздействии вибрационных импульсов отдельным частицам материала сообщаются индивидуальные скорости и ускорения, в результате чего разрушаются арочные образования и происходит регулярная укладка частиц порошка или гранулята. Определенную роль здесь играет снижение внешнего трения между формуемой массой и вибрирующей поверхностью колебательной камеры.
Степень уплотнения сыпучих материалов во многом зависит от амплитуды колебаний: по мере увеличения амплитуды вибровоздействия, насыпная плотность увеличивается, достигая максимального значения, после чего начинается ее убывание. С целью предотвращения эффекта разрыхления и «виброкипения» уплотняемого материала необходимо приложить определенное статическое давление, однако при этом плотность упаковки частиц будет зависеть в основном не от величины статической нагрузки, а от параметров механической вибрации. Добавка небольшого количества поверхностно-активных веществ (например, олеата натрия) также улучшает условия виброуплотнения.
При виброуплотнении сыпучих материалов импульсная энергия расходуется как на преодоление инерции и упруговязкого сопротивления вибрируемой массы, так и на преодоление сил инерции, трения и сцепления частиц уплотняемой системы.
Частотный диапазон виброуплотнения
Выбор частотного диапазона виброуплотнения необходимо производить с учетом следующих соображений:
- Если масса уплотняемого порошка или гранулята невелика, то основную роль будут играть инерция и другие свойства системы (собственная частота колебаний всей колебательной системы). В этом случае оптимальный режим виброуплотнения реализуется при совпадении частоты возмущающей силы с частотой колебательной системы.
- При виброуплотнении больших масс порошка доминирующее значение приобретает собственная частота колебаний слоя частиц и силы связи между ними, поэтому здесь частоту колебаний выгоднее выбирать в области резонанса по отношению к уплотняемой массе.
Если в процессе вибрирования порошковый или гранулированный полимер переходит в вязкотекучее состояние, то периодические импульсы вызовут в текучей фазе беспорядочную вибрацию молекулярных агрегатов и отдельных молекул, сопровождаемую их скручиванием и взаимным переплетением, в результате чего происходит интенсивная дегазация, перемешивание и сплавление отдельных частиц в однородную, беспористую массу, обладающую высокой структурной монолитностью и прочностью. Стационарное давление, производимое в этом случае на виброформуемую массу, будет способствовать концентрации звуковой энергии и более эффективному ее использованию. Наилучших, с точки зрения эффективности и энергоемкости, результатов можно добиться при ведении процесса виброуплотнения в резонансном режиме, сопровождаемым образованием в формующей полости стоячих волн.
Области применения вибрационного уплотнения
Эффект вибрационного уплотнения может быть использован для повышения производительности и снижения энергоемкости процессов переработки полимеров, а также для повышения качества некоторых типов изделий. Одной из областей рационального использования эффекта виброуплотнения являются процессы переработки, в которых формованию подвергаются сыпучие полимеры или полимерные композиции без перевода в вязкотекучее состояние. Сюда относятся:
- таблетирование пресс-порошков и волокнистых материалов,
- прессование из порошкового фторопласта таблеток и заготовок с одновременным их спеканием,
- предварительное формование объемных заготовок из стекловолокнистого или зернистого наполнителя,
- предварительное уплотнение порошков и другие процессы.
В этих процессах за счет вибровоздействия можно существенно уменьшить давление формования, повысить плотность и однородность полуфабрикатов и снизить в них содержание газовой фазы.
Весьма целесообразно использовать эффект вибрационного уплотнения при формовании стеклопластиков открытым методом (контактное формование и напыление), при формовании изделий с помощью эластичной диафрагмы или при прессовании изделий из стеклопластиков. Перспективно использование эффекта виброуплотнения в процессе центробежного формования стеклопластиков и порошковых материалов, так как центробежно-вибрационный метод формования позволяет получать высококачественные трубчатые изделия с плотной упаковкой частиц и равномерной пористостью.
Виброуплотняющий эффект можно рекомендовать использовать при прессовании высоковязких полимерных композиций, прессование которых обычным методом требует высоких усилий формования и не обеспечивает достаточную однородность и монолитность изделий, или при прессовом методе изготовления изделий с большим отношением высоты к диаметру, где трудно обеспечить равномерное распределение плотности по высоте изделий. С этой целью порошковый, гранулированный или таблетированный полимерный материал загружают в пресс-форму, матрице которой сообщают вибрационные импульсы, а пуансону – стационарное усилие.
В червячных экструдерах, питаемых порошковых или гранулированным материалом, за счет вибрации, сообщаемой шнеку или цилиндру в зоне загрузки, можно реализовывать виброуплотнение и снизить внешнее трение в канале червяка, повысив эффективность и равномерность его заполнения порошком или гранулами, что позволит повысить производительность и стабильность процесса экструзии. Повышение стабильности процесса весьма положительно отразится на прецизионности профильных изделий. Кроме того, при экструзии полимеров путем вибрирования элементов формующей головки можно повысить плотность профильных изделий.
Лесин А. Д.,Вибрационные машины в химической технологии. .М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1968.78с.
Терехов А.И. Канд. Дисс. М.,МИТХТ им. Ломоносова,1974.
Schlegel H. Plaste u. Kautschuk, 1976, Bd. 23, №5, S.362.
Волошин-Чеплан Э.К. Канд. Дисс. М., МИХМ. 1965.
Салосин А.В., Кардышев Г.А. , Петров Б.А. и др. – В кн.: Тезисы докладов Всесоюзн.научно-техн. Конф. «Процессы и аппараты производства полимеров». М., 1977, с.67-68.
Шапенов М.П. и др. Авт. Свид.172476
Автор: Н.И. Басов,
В.А. Любартович,
С.А. Любартович
Источник: Виброформование полимеров, Н.И. Басов, В.А. Любартович, С.А. Любартович, 1979г
Дата в источнике: 1979г