بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسي تئوري و تجربي فشار داي در فرآيند اکستروژن کامپوزيت چوب -پلاستيک
چکيده
در اين مقاله به مطالعه تئوري و تجربي فشار داي در فرآيند اکستروژن کامپوزيت چوب -پلاستيک پرداخته شده است . فشار داي، يکي از پارامترهاي مهم فرآيند است که بطور مستقيم ظرفيت دستگاه اکسترودر و کي يت و خواص محصول نهايي را تحت تاثير قرار ميدهد. در اين تحقيق در چندين حالت فشار آزمايش اندازه گيري شده اس . با استفاده از روابط جريان غير نيوتني و روابط اکستروژن گرم ، مقادير فشار تئوري محاسبه گرديده و بين فشارهاي تئوري و تجربي مقايسه به عمل آمده است .نتايج نشان مي دهند که فشار داي در فرآيند اکستروژن چوب -پلاستيک مابين حالت هاي جريان مذاب غير نيوتني و اکستروژن گرم قرار دارد و با در نظر گرفتن ضريب تصحيح ، فشار تئوري حاصل از روابط اکستروژن گرم با فشار تجربي مطابقت پيدا ميکند.
واژه هاي کليدي: داي- فشار- اکستروژن - کامپوزيت چوب پلاستيک
١- مقدمه
يکي از متداول ترين روش هاي شکل دهي پلاستيک ها، فرآيند اکستروژن ميباش . در انتهاي محفظه اکسترودر، مواد مذاب با عبور از داي به شکل مورد نظر محصول نهايي در ميآيند [١]. پارامترهاي اصلي که در فرآيند اکستروژن تاثيرگذارند، شامل درصد وزني مواد اوليه ، دور دستگاه اکسترودر، دماي هيترهاي دستگاه ، دماي داي و فشار داي مي باشن . فشار داي به پروفيل و سطح مقطع خروجي داي، سطح مقطع آداپتور دستگاه ، دماي مذاب ، دماي داي ، دور دستگاه و ويسکوزيته مواد وابسته است .
تحقيقات ارزشمندي در خصوص فرآيند اکستروژن ، داي و کامپوزيت چوب -پلاستيک انجام پذيرفته است . Sander و Pittman به شبيه سازي Slit Die و مطالعه اثر متقابل فشار مذاب پليمر و تغيير شکل داي پرداخته اند [٢]. JI-Zhao Liang
اثر زاويه ورودي دايرا بر روي افت فشار فرآيند اکستروژن بررسي کرده است و مقدار زاويه ب ينه به منظور حصول حداقل افت فشار را پيدا نموده است [٣]. مطالعه تغييرات و خوردگي سطح داي و افت فشار فرآيند اکستروژن PVC توسط Szarvasy و Pittman انجام گرفته است [٤]. Brown و همکاران ، نشان داده اند که زاويه ورودي داي تاثير قابل ملاحظه اي بر روي استحکام مکانيکي پليمر ندارد، ولي طول Land داي بر روي خواص مکاني ي محصول موثر است [٥]. اندازه گيري خواص PVT پليمر مذاب با استفاده از پمپ دنده اي، توسط Park و همکاران [٦] و اندازه گيري خواص PVT کامپوزيت چوب -پلاستيک توسط Sadeghian و Golzar انجام پذيرفته است [٧]. کنترل فشار داي موجب بکارگيري دستگاه اکستروژن در شرايط بهينه فرآيندي و دستيابي به محصول سالم و با کيفيت مي گرد . ضمن آنکه نشان داده شده است که در خصوص محصولاتي نظير کامپوزيت چوب -پلاستيک ، با افزايش فشار داي استحکام مکانيکي ارتقا مييابد [٨]. لذا در اين تحقيق ، مطالعه تئوري و تجربي فشار داي در فرآيند اکستروژن کامپوزيت چوب -پلاستيک مورد توجه قرار گرفته است .
٢- مطالعه تئوري
براي حالت مواد درون داي در فرآيند اکستروژن کامپوزيت چوب -پلاستيک ، ميتوان ٣ وضعيت را متصور شد:
٢-١ حالت اول : جريان مواد درون داي ، بصورت کاملاً مذاب است
در اين حالت فرض مي شود که کامپوزيت چوب -پلاستيک ، درون داي به حالت مذاب است و مدل قانون توان براي آن برقرار است [٧]. با توجه به شکل ٢، فشار داي حاصل جمع فشارهاي قسمت هاي دايروي و مخروطي آن است :
٢-٢ حالت دوم : مواد تا قسمتي از داي بصورت مذاب و بعد از آن بصورت کاملاً جامد است در اين حالت ، در بخشي از داي جريان غير نيوتني بر قرار است و بعد از آن مواد به حالت جامد در مي آيند و تحت اکستروژن گرم قرار ميگيرند. بنابراين فشار کلي ، حاصل جمع فشار جريان غير نيوتني و فشار اکستروژن گرم مي باش . روابط موجود براي محاسبه فشار اکستروژن گرم ، عبارتند از [١٠-٩]:
٢-٣ مواد درون درون داي کاملاً به حالت جامد در آمده انددر اين حالت ديگر روابط جريان غير نيوتني برقرار نمي باشند و چون مواد به حالت جامد در آمده اند، فرض مي شود که مواد تحت اکستروژن گرم قرار مي گيرند. بناب اين فشار منحصرًا از روابط اکستروژن گرم محاسبه مي گردد.
٣-تجهيزات آزمايش
٣-١ داي
با توجه به روابط مکانيک سيالات و جريان مذاب پليمري، تغيير سطح مقطع عبوري جريان با دبي ثابت ، منجر به تغيير فشار آن مي گردد [١]. بنابراين سعي گرديده است که با تغيير قطر مجراي عبوري جريان ، فشار داي تغيير داده شود و داي بدين صورت طراحي گرديده است که داراي يک بدنه خارجي بوده که بر روي آداپتور دستگاه اکستروژن نصب مي شود و ٤ اينسرت داخلي که قادرند محصولاتي با قطرهاي مختلف توليد نمايند، درون بدنه خارجي جاي مي گيرند (شکل ١). مشخصات داي و اينسرت هاي آن در شکل ٢ و جدول ١ آمده است .
٣-٢ دستگاه اکستروژن
آزمايشات با استفاده از دستگاه اکسترون دو ماردونه (Twin Screw) ناهمسوگرد که نسبت طول به قطر آن ٢٢ و قطر ماردون آن mm٦٢٥ ميباشد، انجام شده است (شکل ٣). ٣ المنت صفحه اي و يک المنت فشنگي دستگاه اکسترودر و المنت صفحه ايداي، تامين حرارت مورد نياز را بر عهده دارند. براي اندازه گيري فشار داي، يک لوله رابط بر روي آداپتور نصب شده است . اين لوله رابط حاوي گريس نسوز و روغن هيدروليک بوده و فشارسنج بر روي آن نصب گرديده است [٧](شکل ٤).
٣-٣ مواد
پليمر مصرفي در فرآيند، HDPE٥٦٢٠ با درصد وزني٦٥% محصول شرکت پتروشيمي اراک است . براي پر کننده از چوب به صورت خاک اره با درصد وزني٣٥% با اندازه ذرات کوچکتر از ٥٠٠ ميکرون استفاده شده اس . به منظور کاهش درصد رطوبت و پيشگيري از تاثير مخرب آن برفرآيند توليد، تمامي مواد اوليه به مدت ٢٤ ساعت داخل دستگاه خشک کن قرار گرفته اند.
٤- آزمايشات
آزمايشات در ٤ حالت (٤ قطر داي) انجام شده است .به منظور دستيابي به محصول سالم و با کيفيت ، دماي داي نزديک به دماي انجماد کامپوزيت (oC١٤٠)تنظيم گرديده است و براي هر حالت توليد محصول ، مقدار فشار اندازه گيري شده است .
محصولات توليدي در شکل ٥ نمايش داده شده اند [٨]. دبي حجمي توليد، ١٨ سانتيمتر مکعب بردقيقه ميباشد.
٥- بحث و بررسي نتايج
٥-١ نتايج تجربي اندازه گيري فشار
فشار تجربي حاصل از اکستروژن کامپوزيت چوب -پلاستيک و نتايج استحکام تسليم حاصل از تست کشش نمونه ها با دستگاه
