Was ist Scherwärmefreisetzung?

01 Einführung

Ein Extruder ist eines der häufigsten Geräte für die Materialverarbeitung. Egal, ob es sich um einen Ein-Schrauben-Extruder oder einen Twin-Screw-Extruder handelt, das Schmelzen und Plastizieren von Materialien werden durch Fassheizung und die Scher- und Plastikwirkung der Schraube erreicht. Diejenigen, die mit dem Extrusionsprozess vertraut sind, kann wissen, dass die in Echtzeit überwachten Schmelztemperatur im Extruder normalerweise geringfügig höher ist als die festgelegte Lauftemperatur. Dies liegt daran, dass die Scherwirkung der rotierenden Schraube Wärme erzeugt, ein Phänomen, das als Scherwärmefreisetzung bekannt ist.

02 Prinzip der Scherwärmefreisetzung

Die Scherwärmefreisetzung bezieht sich auf die Reibungswärme, die erzeugt wird, wenn die Materialien während des Extrusionsprozesses eine relative Bewegung unter der Scherwirkung der Schraube unterziehen. Diese Wärme stammt aus der Umwandlung der mechanischen Energie der Schraube in die innere Energie des Materials. Die Intensität der Scherwärmefreisetzung hängt eng mit den Schrauben Design, den Materialeigenschaften und den Prozessbedingungen zusammen.

03 Manifestationen der Scherwärmefreisetzung in verschiedenen Schraubenabschnitten

Fütterungsabschnitt: Da die Schraubenkanäle relativ tief sind und das Material noch nicht verdichtet ist, ist die Reibungswärme minimal und externe Heizungen liefern den größten Teil der Wärme.

Druckabschnitt: Wenn die Schraubkanaltiefe allmählich abnimmt, wird das Material gegen die Fasswand gedrückt, wodurch die Scherkraft erhöht und mehr Scherwärme erzeugt wird. Die Wärme in diesem Abschnitt stammt hauptsächlich aus der Scheraktion.

Messabschnitt: Zu diesem Zeitpunkt ist das Material vollständig geschmolzen und die Schraubenkanäle sind flacher, was zu einer erheblichen Scherwärmeerzeugung führt. In einigen Fällen sind Kühlgeräte erforderlich, um die Temperatur zu steuern.

04 Faktoren, die die Scherwärmefreisetzungs- und Kontrollmethoden beeinflussen

(1) Faktoren, die die Scherwärmefreisetzung beeinflussen

Schraubendesign: Parameter wie das Verhältnis von Länge zu Durchmesser, das Kompressionsverhältnis und die Schraubkanaltiefe beeinflussen die Erzeugung der Scherwärme. Beispielsweise erhöhen ein größeres Verhältnis von Länge zu Durchmesser und flachere Schraubenkanäle die Scherwärme.

Materialeigenschaften: Die thermische Empfindlichkeit und Schmelzviskosität des Materials beeinflussen auch die Scherwärme. Wärmeempfindliche Materialien (wie PVC) sind aufgrund von Scherwärme anfälliger für Verschlechterungen.

Prozessbedingungen: Höhere Drehdrehzahl erzeugen mehr Scherwärme, und die Temperatureinstellungen beeinflussen auch den Beitrag der Scherwärme.

(2) So reduzieren Sie die Auswirkungen der Scherwärmefreisetzung

Optimierung der Schraubenkonstruktion: Einstellen der Schraubkanal -Tiefe und des Komprimierungsverhältnisses kann dazu beitragen, die Scherwärmeerzeugung zu verringern.

Steuersatzgeschwindigkeit: Die Absenkung der Schraubengeschwindigkeit kann die Scherwärme verringern.

Kühlgeräte: Die Installation von Kühlgeräten im Messabschnitt wird die Temperatur regulieren.

05 So nutzen Sie die rationale Verwendung der Scherwärmefreisetzung

Die Scherwärmefreisetzung ist eine wesentliche Wärmequelle im Extrusionsprozess, insbesondere in den Kompressions- und Messabschnitten, wobei der Wärmebeitrag den von externen Heizungen überschreiten kann. Daher ist die effektive Steuerung der Scherwärme von entscheidender Bedeutung, um einheitliches Material für die Plastizisierung und die Aufrechterhaltung der Produktqualität zu gewährleisten.

Die ordnungsgemäße Nutzung der Scherwärmefreisetzung kann die Extrusionseffizienz und die Produktqualität erheblich verbessern. Durch Optimierung der Schraubenkonstruktion, die Steuersatzgeschwindigkeit, die Implementierung der segmentierten Temperaturregelung und das Einstellen von Prozessparametern basierend auf den Materialeigenschaften können der Energieverbrauch reduziert und gleichzeitig eine gleichmäßige Plastizisierung und Leistungsoptimierung gewährleistet werden.

In bestimmten Anwendungen kann die Scherwärmefreisetzung genutzt werden, um chemische Reaktionen zu fördern oder Materialien zu modifizieren. Beispielsweise kann bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen auf Polymerbasis hochthermisch-kondonduspivitätspolymerbasierter Scherwärmefreisetzung den thermischen Widerstand zwischen dem Füllstoff und der Matrix verringern, wodurch die thermische Leitfähigkeit des Materials signifikant verbessert wird. Dieser Ansatz verbessert nicht nur die Materialleistung, sondern verringert auch die Notwendigkeit zusätzlicher Erwärmung.

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