Vliv tepelných efektů na proces extruze termoplastických materiálů

Bc. Patrik Rohrer

Master's thesis

The Influence of Thermal Effects on the Thermoplastic Materials Extrusion Process

Abstract:

For smooth, long term production is necessary to have steady polymer melt flow. Stability of the polymer melt flow is depended on few parameters, such as material properties (temperature, pressure) controlled by process conditions, and technology parameters as a design of the extrusion tools (screw, extrusion die). Pressure is consumed in places where dimensions of the geometry are decreased. Mechanical energy is present and due to the dissipation mechanical energy is transferred into the thermal energy. It may have influence on the quality of the final product or flow instabilities. Simulation of the extrusion process are often used for better understanding. Introduction of diploma thesis belongs to the theoretical background of the extrusion process and design of the extrusion tools. Knowledge of extrusion processes and tools is not enough for material behavior understanding. Rheological and thermal behavior of the polymer melt is also important to know. Mathematical description of mentioned influences with help of finite difference method is shown at the end of theoretical background. Experimental research is aimed on understanding of thermal effects in the extrusion dies. Polymer melt flow was simulated with help of 2D and 3D module in program Virtual Extrusion LaboratoryTM 6. 9. For verification of simulation results real measuring of the temperature drop was made by infrared probe devices and thermocouple. Measuring of the temperature gradient by infrared probe devices is innovative and modern way in the online-monitoring of the extrusion process. The main contribution of submitted thesis is developing of the new boundary condition. This condition makes current module calculations in Virtual Extrusion LaboratoryTM 6. 9. faster and simpler. Mainly because during calculation mandrel will not be present.

Abstract:

Stabilita toku taveniny je důležitou podmínkou pro dlouhodobou a bezproblémovou produkci během procesu vytlačování. Zmíněná stabilita toku je závislá jak na materiálových vlastnostech (teplota, tlak) ovlivněných procesními podmínkami, tak i na použitých technologických parametrech, jako je design extruzních nástrojů (šnek, hlava). V místech zúžení geometrie či hlavách obsahujících trn je výrazně spotřebováván tlak. Přítomná mechanická energie je pak pomocí disipace přeměněna na tepelnou, což může způsobit nestabilní tok taveniny. Pro pochopení těchto jevů uvnitř vytlačovacích hlav jsou často používány simulace extruzních procesů. Úvod diplomové práce je věnován teoretickému popisu extruzního procesu a designu zpracovatelských nástrojů. Za účelem pochopení chování zpracovatelských materiálů v průběhu extruzního procesu nestačí pouze znalost procesu a extruzních nástrojů, ale i osvojení reologického a tepelného chování polymerních tavenin. Závěr teoretické rešerše je věnován matematickému popisu zmíněných jevů pomocí metody konečných sítí. Experimentální výzkum v předkládané práci je zaměřen na pochopení tepelných jevů vytlačovacích hlav. Za tímto účelem byl tok taveniny danou geometrií simulován 2D a 3D modulem programu Virtual Extrusion LaboratoryTM 6. 9. Simulace je následně ověřena reálným měřením teplotního spádu zvolené vytlačovací hlavy pomocí infračervených detektorů a termočlánku. Měření teploty taveniny uvnitř vytlačovací hlavy pomocí infračervených senzorů je inovativním a rozvíjejícím se nástrojem v online-monitoringu vytlačovacích procesů. Výsledkem práce je návrh nové okrajové podmínky usnadňující a zpřesňující výpočet simulací vytlačovacích hlav s trnem.

Keywords

Extruze, vytlačovací hlava, trn, disipace, simulace, metoda konečných sítí

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 20. 5. 2016

Zverejniť od: 20. 5. 2016

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: doc. Ing. Tomáš Sedláček, Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Master programme / odbor:
Chemistry and Materials Technology / Polymer Engineering