Что такое объемные характеристики

Термином «объемные характеристики» объединены следующие показатели свойств порошкообразного и гранулированного сырья: насыпная плотность, удельный объем, насыпная плотность и удельный объем утряски, коэффициент уплотнения.

Насыпная плотность и удельный объем представляют собой соответственно массу единицы объема (кг/м³) и объем единицы массы (м³/кг) свободно насыпанного материала; они связаны между собой обратно пропорциональной зависимостью.

Насыпная плотность и удельный объем утряски характеризуют объемные свойства сыпучих материалов после их уплотнения посредством утряски до постоянного объема.

Коэффициент уплотнения К_у представляет собой отношение плотности материала в конечном отформованном виде р_к к насыпной плотности сырья р_н:

ГОСТ 11035—64 регламентирует проведение измерения объемных характеристик полимерных материалов путем насыпания материала в мерный сосуд известного объема и определения массы материала в сосуде путем взвешивания. Плотность материала в отформованном изделии определяется гидростатическим, пикнометрическим или другими способами.

Объемные характеристики порошкообразных и гранулированных полимерных материалов зависят от плотности и формы частиц, гранулометрического состава, влажности, условии изготовления и транспортирования, продолжительности хранения. Наибольшей насыпной плотностью при прочих равных условиях обладают материалы со сферической формой частиц, так как в этом случае достигается наибольшая плотность упаковки.

С увеличением влажности сырья влага скапливается в порах частиц или между частицами, при этом происходит некоторое уплотнение материала. Насыпная плотность зависит также от заряда статического электричества, приобретенного частицами в процессе измельчения или при транспортировании. Для многих полимерных материалов характерно уменьшение насыпной плотности с ростом степени электризации.

Важное практическое значение имеют данные о зависимости объемных характеристик от давления, т. е. о сжимаемости сыпучей массы полимерного материала. В процессах транспортирования материала в питателях и червячных пластикаторах, сопровождающихся сжатием, насыпная плотность его может изменяться в несколько раз. В процессе уплотнения сыпучих материалов различают ряд последовательных стадий.

Первая стадия соответствует сближению частиц, вторая — заполнению промежутков между частицами в результате их упругих и пластических деформаций. Завершающая стадия процесса уплотнения заключается в объемном сжатии уплотненной, монолитизированной массы. Сложность и многообразие процессов, сопровождающих процесс уплотнения, не позволяют найти точную количественную зависимость, обобщающую на основе физических моделей деформирования поведение порошкообразных и гранулированных полимерных материалов при объемном сжатии.

Для каждого типа полимерного материала аналитическая зависимость между плотностью р и давлением р находится опытным путем. Так, для пресс-порошка 03-010-02 эта зависимость была определена экспериментально (рис. 1.1). Математическая обработка опытных данных привела к выражению для р (кг/м³)

Рис. 1. Кривая сжимаемости композиции 03-010-02 при Т = 295 К (р — плотность). Сплошная кривая — экспериментальная, пунктирная кривая получена по уравнению (1.2) при р_н = 650 кг/м³

При переработке материалов с малой насыпной плотностью (большим удельным объемом) и большим коэффициентом уплотнения имеют место низкая производительность и большие удельные энергозатраты в литьевых, экструзионных и валковых машинах и прессах. Это связано с тем, что при переработке таких материалов затрачивается дополнительная энергия и время на уплотнение полимера.

Кроме того, в сырье с малой насыпной плотностью обычно содержится большое количество воздуха, ухудшающего теплопроводность материала, и, следовательно, увеличивается время и повышаются энергозатраты, необходимые для разогрева и пластикации материала.

Решение проблемы повышения производительности оборудования при работе с порошками и гранулятом малой насыпной плотности заключается в предварительном уплотнении сырья, например, в бункерном устройстве, оснащенном уплотняющим червяком-питателем. При использовании червяка-питателя достигается повышение насыпной плотности на 30—40%, улучшается равномерность питания оборудования и повышается его производительность.