W procesach wytłaczania tworzyw sztucznych jednolite mieszanie jest kluczowym czynnikiem określającym jakość produktu.w przypadku których łączenie zwrotne łączenie materiałów w układzie ośnym w przeciwnym przepływie odgrywa istotną rolęProces ten wymaga, aby cząstki masterbatch uległy dramatycznemu zmniejszeniu wielkości z milimetrowej do mikrometrowej skali w ekstruderach, co stanowi niezwykłe wyzwania związane z mieszaniem.
Mieszanie ekstruzją ma na celu uzyskanie jednorodnego rozmieszczenia komponentów, zapewniając spójne właściwości produktu, takie jak kolor i właściwości mechaniczne.początkowe oddzielenie cząstek może przekroczyć 100 mmAby osiągnąć jednolite zabarwienie, końcowa grubość prążków musi osiągnąć skalę mikrometrową - zmniejszenie o pięć rzędów wielkości, co wymaga wyjątkowej zdolności mieszania.
Tradycyjna analiza koncentruje się na mieszaniu przekroju poprzecznego (w przekroju poprzecznym kanału śrubowego), który jest regulowany przez współczynnik cięcia Couette'a:
γ = πDN/H
gdzie D = średnica beczki, N = prędkość śruby, H = głębokość kanału.000 jednostek całkowitego naprężenia cięcia, wystarczających do redukcji strzałek trójpoziomowych, ale często niewystarczających do jednolitego widzenia.
Mieszanie osiowe (backmixing) to natomiast przepływ napędzany ciśnieniem wzdłuż osi ekstrudera.
Dla płynów według prawa mocy (τ = m(γ') n), bezwymiarowa prędkość φ=v/vmax odnosi się do bezwymiarowej współrzędnej ξ=2y/H jako:
φ = 1 - ≈ ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±
Płyny newtonowskie (n=1) wykazują paraboliczne profile prędkości z zerowym cięciem w linii środkowej, tworząc mieszane martwe strefy.Rozszerzanie obszarów o niskim obciążeniu i utrudnianie mieszania.
W przypadku przepływu ciśnienia według prawa mocy między płytami równoległymi:
w(y) = v_max * [1 - (2 zwrotów/H) ^((n+1)/n) ]
Funkcja zewnętrzna RTD f ((t)dt wywodzi się z rozkładu prędkości, pokazując, że zwiększone rozcieńczenie cięcia (niższe n) zawęża RTD, zmniejszając efektywność zwrotnego mieszania.Jednoskrętowy model RTD Pinto-Tadmor dla płynów newtonowskich:
F ((θ) = 1 - (1 - θ) 2 ((1 + 0,35θ + 0,135θ2)
pokazuje, w jaki sposób geometria śruby dodatkowo ogranicza RTD w stosunku do scenariuszy równoległych płytek, podkreślając wyzwania związane z odtwarzaniem.
Kluczowe problemy wynikają z niemal zerowego cięcia osiowego w centrach kanałów śrubowych.
Zmieszanie z powrotem pozostaje najtrudniejszym zadaniem ekstruzji ze względu na niezwykle niskie obcięcie osiowe, zwłaszcza w centrach kanałów i materiałach rozcieńczających obcięcie.W celu uzyskania redukcji strumieniowania o pięciorzędowym stopniu wymagane jest albo zaawansowane urządzenia mieszania (takie jak miksery od wewnątrz do zewnątrz lub CRD), albo zmniejszenie początkowej strumieniowania poprzez modyfikacje surowcaPrzyszłe innowacje mogą łączyć optymalizację geometryczną z zaawansowanymi technikami obróbki materiałów w celu pokonania tych trwałych wyzwań.
