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.


 

Список литературы: Шаталова И.Г., Горбунов П.С., Лихтман В.И. Физико-химические основы вибрационного уплотнения порошковых материалов, М., Наука, 1966.98 с.
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:
Источник: Виброформование полимеров, Н.И. Басов, В.А. Любартович, С.А. Любартович, 1979г
Дата в источнике: 1979г
Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter