Статья по теме: Элементов поверхности

Предметная область: полимеры, синтетические волокна, каучук, резина

Скачать полный текст

Подобное состояние элементов поверхности по аналогии с «двухмерной дисперсией» для целлюлозы можно определить как «двухмерный, желатин» для кожевенного волокна, подчеркивая тем самым их высокую, но ограниченную поверхностью подвижность. С увеличением продолжительности размола «концентрация» двухмерной поверхностной дисперсии возрастает, тикштропия становится более отчетливой и некоторые из этих элементов отделяются от поверхности, образуя постепенно увеличивающуюся растворимую часть суспензии.[2, С.334]

До сих пор, рассматривая ориентацию элементов поверхности раздела, мы имели в виду только начальную ориентацию. Установлено, что при больших деформациях в режиме одноосного сдвига наилучшие результаты достигаются, если поверхность раздела располагалась перпендикулярно направлению сдвига (т. е., как видно из рис. 7.13, cos ах = 1, cos ау = со* «2 = 0). Однако, если бы удалось непрерывно изменять положение поверхности раздела, задавая наиболее выгодную ориентацию, то, как следует из приведенного ниже примера, при фиксированной величине деформации сдвига можно было бы добиться существенно большего увеличения поверхности раздела. Непрерывное изменение ориентации поверхности раздела равноценно непрерывному изменению направления сдвига. Поэтому перейдем к определению оптимальных условий течения в описанных ранее смесителях.[1, С.374]

Следовательно, для равномерного распределения элементов поверхности раздела внутри системы начальное расположение частиц должно быть таким, чтобы они пересекались со всеми линиями тока. Однако контролировать начальную ориентацию и расположение смешиваемых компонентов трудно. Для смесителей со сложной картиной течения (псевдослучайное смешение) начальные ориентация и расположение компонентов не столь существенны. Если смешиваемые компоненты представляют собой твердые частицы, то их предварительно перемешивают для усреднения начальных ориентации и расположения частиц.[1, С.373]

При псевдослучайном характере смешения, необходимом для равномерного распределения элементов поверхности раздела внутри системы, направление сдвига также непрерывно изменяется, компенсируя до некоторой степени неблагоприятное влияние одномерного сдвига. Са и др. [3] предложили ряд методов повышения эффективности смешения при одномерном сдвиге. Они усовершенствовали смеситель, состоящий из коаксиальных цилиндров, создав электростатическое поле между цилиндрами. Если вязкость компонентов достаточно мала, то за счет электростатического поля поверхность раздела приобретает волнообразную форму, благодаря чему последняя стадия смешения дополнительно интенсифицируется.[1, С.375]

Следует, однако, помнить, что речь идет о трехмерной системе, в которой наиболее вероятно случайное распределение ориентации элементов поверхности раздела. Поэтому для такой системы наибольший интерес представляет расчет суммарного увеличения площади поверхности раздела. Рассмотрим ряд элементов поверхности раздела одинаковой площади А0 со случайным распределением ориентации. Это означает, что имеется набор векторов с, ориентированных случайно во всех направлениях. Доля векторов, ориентированных в некотором направлении, определяется отношением площади бесконечно малой площадки поверхности сферы радиусом |с| к общей площади поверхности сферы:[1, С.203]

Другой интересный случай, исследованный Шерером, моделирует циркуляционное (поперек канала) течение в одночервячных экструдерах. Наиболее эффективное распределение элементов поверхности раздела в одночервячных экструдерах достигается при оснащении экструзионного канала смесительными секциями, состоящими из ряда стержней или других приспособлений, изменяющих направление потока. Эрвин [8] показал, что если в смесительной зоне экструдера осуществляется рандомизация распределения элементов поверхности раздела, то смесительное воздействие существенно возрастает.[1, С.374]

Смесители для жидкостей работают преимущественно по механизму ламинарного смешения, сопровождающегося увеличением площади поверхности раздела между компонентами и распределением элементов поверхности раздела внутри объема смесителя. Конструкция такого смесителя зависит от вязкости смесей [4]. Например, для низковязких жидкостей применяют лопастные и высокоскоростные диспергирующие смесители. При малой вязкости смеси существенную роль может играть турбулентное смешение. Для смесей со средними значениями вязкости используют разнообразные двух-роторные смесители, например смеситель с Z-образными роторами. Такой смеситель представляет собой камеру, образованную двумя полуцилиндрами. В камере установлены два ротора, вращающиеся навстречу друг другу с различной скоростью. Обычно отношение скоростей вращения роторов составляет 2:1. Смешение происходит вследствие взаимного наложения тангенциального и осевого движений материала. Чтобы исключить возможность образования застойных зон, зазор между роторами и стенкой камеры делают небольшим — около 1 мм. Такие смесители используют для смешения жидкостей с вязкостью 0,5—500 Па-с. К двухроторным относятся также смесители с зацепляющимися роторами, вращающимися с одинаковой скоростью. Двухроторные смесители широко используют для изготовления наполненных пластмасс, а также для смешения различающихся по вязкости жидкостей и паст.[1, С.369]

Из сказанного следует, что в статических смесителях расщепление и рекомбинация потоков приводят к многократному увеличению числа полос (упорядоченное распределительное смешение). Конструкция смесителя обеспечивает наиболее благоприятную ориентацию элементов поверхности раздела применительно к конкретному виду течения (ламинарное смещение): в смесителе «Кеникс» — перпендикулярная ориентация при доминирующем сдвиговом течении, а в смесителе Росса — параллельная ориентация при доминирующем течении при растяжении.[1, С.397]

В большинстве ламинарных смесителей можно выделить элементы конструкции, обеспечивающие выполнение этих двух требований. Например, на вальцах можно достичь больших деформаций полимера, проходящего через зазор между валками, т. е. удовлетворить первому требованию эффективного смешения. Второе требование, однако, можно выполнить, только подрезая и многократно пропуская полимер через зазор вальцов. Точно так же в роторном смесителе жидкость, проходя между лопастями роторов и в зазоре между ротором и стенкой камеры смесителя, подвергается значительной деформации. Кроме того, конфигурация роторов обеспечивает осевое течение жидкости, что приводит к требуемому распределению элементов поверхности раздела внутри системы. Такой сложный процесс течения, который можно наблюдать, например, в роторных смесителях, сопровождающийся многочисленными неконтролируемыми явлениями, можно назвать псевдорандомизированным (псевдослучайным) процессом. В случаях, подобных описанному выше, выполнение второго требования равноценно достижению случайного распределения диспергируемой фазы. То же самое происходит в «статических» смесителях при упорядоченном, а не случайном смешении. В этих смесителях основное увеличение площади поверхности раздела достигается за счет ламинарного смешения, а перераспределение элементов поверхности раздела происходит упорядочение.[1, С.372]

Для упрощения количественного анализа ламинарного смешения разработан метод исследования изменения площади поверхности раздела фаз в процессе смешения. Увеличение площади поверхности раздела можно непосредственно связать с начальной ориентацией и общей деформацией системы [17, 3]. Величину деформации можно рассчитать, зная в деталях картину течения. В конечном счете общая деформация может служить количественной характеристикой ламинарного смешения. Ее можно связать с конструкцией смесителя, технологическими параметрами процесса смешения, физическими свойствами смеси и начальными условиями. Однако измерить общую деформацию жидкости нелегко. Не удается также установить непосредственную связь между расчетной величиной деформации и композиционной однородностью смеси, которая зависит от распределения элементов поверхности раздела внутри системы. Лишь в относительно простых случаях удается рассчитать ширину полос текстуры по величине общей деформации. В более общем случае для определения величины деформации, обеспечивающей заданную однородность смеси, приходится устанавливать эмпирические закономерности. Таким образом, деформация является характеристикой процесса, позволяющей установить связь между параметрами процесса смешения и качеством смеси. В дальнейшем некоторые из этих количественных подходов будут рассмотрены более детально.[1, С.199]

Мы рассмотрели две крайние разновидности течения; упорядоченное течение с регулярными линиями тока в коаксиальных цилиндрах и псевдослучайное вихревое течение в смесителях непрерывного и периодического действия. Между этими двумя крайними случаями есть много других реализуемых на практике сложных видов течения, поддающихся теоретическому анализу. Некоторые из них, например течение в зазоре между коаксиальными цилиндрами с встроенными планетарными роликами, исследовал Шерер [10]. При течении движутся все четыре стенки, и картина течения подобна той, которая наблюдается в двухчервячном экструдере с взаимозацепляющимися червяками. (Такие устройства применяют в одно-червячных экструдерах для интенсификации смешения.) В этом случае осевое течение накладывается на тангенциальное. Для определения смесительного воздействия в центр камеры впрыскивали окрашенную жидкость (метку) и следили за ее перемещением, за увеличением площади поверхности раздела, а также за распределением элементов поверхности раздела внутри системы. Начальное расположение метки таково, что она пересекает все линии тока, так же как в случае коаксиальных цилиндров (см. рис. 11.3, б), но в данном случае можно ожидать более благоприятного распределения элементов поверхности раздела и при не столь благоприятном исходном расположении диспергируемой фазы.[1, С.373]

... отрезано, скачайте архив с полным текстом ! Полный текст статьи здесь