Переработка одноразовых шприцов (стр. 11 из 18)
Q1=22,8 - 0,137 - 0,0067 = 22,65 см3/с
Q2=22,8 - 0,154 - 0,0075 = 22,63 см3/с
Q3=22,8 - 0,172 - 0,0084 = 22,61 см3/с
Q4=22,8 - 0,189 - 0,0092 = 22,60 см3/с
Q5=22,8 - 0, 206 - 0,0100 = 22,58 см3/с
Q6=22,8 - 0,223 - 0,0109 = 22,56 см3/с
По данным полученным в результате всего расчета составим сводную таблицу 2.12.
В таблице 2.12 указаны все значения полученные при расчете проектируемого экструдера.
Таблица 2.12 - Общая таблица полученных результатов.
| Р, атм | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 | 130 |
| Qпр | 22,8 | 22,8 | 22,8 | 22,8 | 22,8 | 22,8 |
| Qобр, см3/с | 0,137 | 0,154 | 0,172 | 0,189 | 0, 206 | 0,223 |
| Qутеч, см3/с | 0,0067 | 0,0075 | 0,0084 | 0,0092 | 0,0100 | 0,0109 |
| Q | 22,65 | 22,63 | 22,61 | 22,60 | 22,58 | 22,56 |
Исходя из полученных данных рассчитаем среднюю производительность экструдера:
Qср=
см3/сРассчитаем производительность экструдера в пересчете на кг по формуле (2.15):
(2.15)где ρ-плотность перерабатываемого материала
Q=3,6∙0,77∙22,6 =63,25 кг/час
Исходя из всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы: предлагаемая технологическая линия наиболее выгодно и эффективно поможет переработать предлагаемые в проекте композиционные материалы на основе вторичного полипропилена и полиэтилена. В предложенном процессе учитываются и соблюдаются все технологические параметры необходимые для переработки композиций. Расчетная производительность экструдера 63 кг/час [20,21].
3. Экспериментальная часть
3.1 Оценка реологических свойств полимера и композиций на их основе
Переработка полимерного материала или композиции начинается с оценки перерабатываемости, критерием которой является технологичность. Под термином "технологичность" подразумевается комплекс показателей его реологических свойств, так как не существует одного универсального показателя, по величине которого можно было бы судить о технологических свойствах полимерного материала. Когда речь идет о переработке нового композиционного материала или создании изделия принципиально нового типа, то во многом приходится полагаться на модельный эксперимент и опыт технолога-переработчика. При этом первичная оценка перерабатываемого материала в любом случае должна начинаться с определения границ области текучего состояния термомеханическим методом с последующим определением реологических характеристик в пределах этого состояния по сравнению со свойствами известных материалов [23].
Изучение реологических свойств, т.е. механических характеристик расплавов полимеров и композиций на их основе, используется в основном в следующих целях для:
оценки свойств полимерных материалов при сравнении отдельных партий сырья или композиций между собой и с эталонными образцами;
характеристики специфических эффектов, наблюдаемых при течении полимеров на различных стадиях технологических процессов;
определения реологических параметров, например вязкости в широком диапазоне скоростей (у) и напряжений сдвига (
), определяемых зоной перерабатываемости данного полимерного материала (ЗП), при температурах переработки, необходимых для расчета производительности оборудования.Поскольку в текучем состоянии полимеры представляют собой жидкости с большой вязкостью, имеющие упорядоченность структуры на уровне лишь ближнего порядка, то различия кристаллических и аморфных полимеров в таком состоянии стираются: они зависят не от исходного фазового состояния (до Тпл), а от химической природы цепи полимера и его молекулярной массы.
Величина Тт (для кристаллических полимеров это их Тпл) зависит от сил межмолекулярного взаимодействия. Наличие групп, склонных к образованию водородных связей, приводит к росту температур перехода в вязкотекучее состояние [24].
При оценке технологичности традиционных крупнотоннажных термопластов основной реологической характеристикой является показатель текучести расплава (ПТР).
Под ПТР понимают массу расплава полимера в граммах, вытекающую через калиброванный капилляр стандартных размеров под действием фиксированной нагрузки при выбранной температуре расплава определенной для каждого полимера за 10 мин. или пересчитанную на длительность истечения 10 мин.
Оценка термопластов по их ПТР служит основой для классификации марочного ассортимента по тому основному технологическому способу, который рекомендуется для переработки в изделия. В таблице 3.1 представлена зависимость способа переработки полимерных материалов от ПТР [25].
Таблица 3.1 Зависимость способа переработки полимерных материалов от ПТР
| Показатель текучести расплава (ПТР), г/10мин | Способ переработки |
| 0,03 | прессование |
| 0,30-3,00 | экструзия |
| 5,00-20,00 | литье под давлением |
| 15,00-30,00 | производство волокон |
Необходимо отметить, что указанные рекомендации не является строгими [24].
Целью экспериментальной части дипломного проекта является определение реологических характеристик вторичного ПЭ, ПП и композиции на их основе, а также задачи которые необходимы решить.
1) Определение и анализ значений ПТР, вторичных ПЭ, ПП и композиции на их основе с целью выбора способа переработки.
2) Построение реологических кривых с целью выбора режима переработки.
3) Определение термостабильности композиций с целью выбора температурного режима переработки.
3.2 Объекты исследования и методика проведения эксперимента
Объекты исследования:
1) Вторичный ПЭ (цилиндр одноразового шприца);
2) Вторичный ПП (Шток-поршень одноразового шприца);
3) Композиции ПП и ПЭ (50% ПЭ (цилиндр.) и 50% ПП (поршень)) при температурах 210 и 230 °С
Методика проведения эксперимента.
Для определения реологических характеристик используется прибор ИИРТ-5, который представлен на рисунке 3.1. Принцип действия установки основан на измерении скорости и истечении расплава через капилляр при определенной температуре.
Прибор состоит из экструзионной камеры 4 (длина составляет 123±0,25мм, внутренний диаметр 9,5+0,016мм), в полости которого установлен поршень 3 (направляющая головка поршня имеет длину 6,35±0,10мм с диаметром 9,48 ± 0,1мм).
Рисунок 3.1 - Прибор ИИРТ-5
1 - штурвал; 2 - груз; 3 - поршень; 4 - цилиндр; 5 - нагреватель; 6 - теплоизоляция; 7 - подставка; 8 - капилляр; 9 - основание; 10 - зеркало; 11 - стопор; 12 - стойка.
Регулятор температуры прибора обеспечивает нагрев цилиндра в интервале 100-200 °С с точностью ±0,5 °С. В нижней части цилиндра 4 установлен градуированный капилляр 8, фиксируемый стопором 11. Продавливание расплава осуществляется под действием дискообразных грузов 2, которые подвешивают к цанге, закрепленной на ходовом винте со штурвалом 1. Для удобства наблюдения за истечением расплава из капилляра на приборе имеется поворотное зеркало 10.
Необходимая для испытания температура в термостате нагревательными элементами и поддерживается с помощью автоматического регулятора температуры.
1) Методика определения ПТР
1. Загружают навеску исследуемого материала (4-5г) в канал вискозиметра и вручную уплотняют ее. Чтобы исключить попадание воздуха в камеру время загрузки не должно превышать одной минуты.
2. В камеру вставляют поршень и помещают на втулку добавочный груз. После выдержки под давлением в течение пять минут (по ГОСТ 11645) [25], отпускают грузы и дают полимеру течь под действием силы тяжести.
3. Как только нижняя кольцевая отметка на поршне опуститься до верхней кромки экструзионной камеры, выдавленную часть материала отсекают ножом и не принимают в расчет. Одновременно начинают измерение скорости течения расплава до тех пор, пока верхняя метка на поршне не опустится до верхней кромки экструзионной камеры.
4. После охлаждения полученные прутки взвешивают с погрешностью не белее 0,001г. Число их должно быть не менее трех. Прутки, содержащие пузырьки воздуха, бракуют. Масса отрезка определяется как среднее арифметическое результата взвешивания всех отрезков.
5. После окончания цикла измерений капилляр освобождают и удаляют из прибора остатки полимера.
6. За результат испытания принимается среднее арифметическое двух определений на трех отрезках материала, расхождение по массе между которыми не должно превышать 5%.
7. Показатель текучести расплава (ПТР, г/10 мин) определяется по формуле (3.1) [25]:
(3.1)где 600 - стандартное время, с;
m - средняя масса экструдированных отрезков, г;
t - интервал времени между двумя последовательными резаниями прутков, с.
В процессе работы были определены ПТР вторичного ПЭ, ПП и композиции на их основе, при температуре переработки 210 и 230 °С
2) Методика построения реологических кривых
Для построения кривых необходимо несколько точек зависимости эффективной вязкости η от напряжения сдвига τ. Для этого необходимо провести эксперимент при различных нагрузках. В данном эксперименте использовались нагрузки 1,26; 2,16; 3,8 и 5; кг.
Напряжение сдвига τсдв рассчитывается по формуле (3.2):
τсдв= 
(3.2)