⚙️ Кейс: Механическая деградация при экструзии термопластичного эластомера (ТПЭ)
Проблема:
Медицинская компания разрабатывала новый продукт из термопластичного эластомера (ТПЭ). В процессе экструзии на существующих шнеках наблюдалась значительная деградация материала — молекулярная масса конечного продукта падала ниже требуемого минимального уровня.
Используемые шнеки:
Барьерный шнек — с подрезом барьера
Шнек с рифленым смесителем типа LeRoy/Maddock
Ни один из них не обеспечивал сохранение молекулярной массы.
Цель:
Спроектировать шнек, который минимизирует механическую деградацию ТПЭ и обеспечит требуемую молекулярную массу продукта.
🔍 Анализ
Механизм механической деградации:
Возникает при высоких напряжениях, приложенных к расплаву полимера.
Чем выше молекулярная масса, тем сильнее деградация.
Исследование на PLA (полимолочной кислоте) показало: PLA63 (высокая ММ) теряет больше, чем PLA48, и в итоге имеет даже более низкую конечную ММ.
Опасные зоны в шнеках:
Подрез барьера — весь расплав проходит через узкий зазор, скорость сдвига в 5 раз выше, чем в канале.
Для 75-мм экструдера, глубиной канала 5 мм и зазором барьера 1 мм: скорость сдвига в канале 78,5 с⁻¹, в подрезе барьера 392,7 с⁻¹.
Зазор основного витка — еще более опасен: скорость сдвига 3927 с⁻¹(если зазор 0,1 мм).
Однако через зазор лопасти проходит только небольшая часть расплава и влияние будет небольшим.
Через подрез барьера проходит весь расплав — это критично.
Конструкция CRD (Chris Rauwendaal Dispersive):
Многовитковый щелевой смеситель с коническими щелями (разбирали ранее можно посмотреть в преведущих постах).
Конусность щелей создает удлиненный поток (растяжение), а не сдвиговый.
Удлиненный поток более эффективен для дисперсии и вызывает меньше деградации, чем сдвиговый.
Результаты сравнительных испытаний:
Испытаны три типа шнеков: барьерный, LeRoy/Maddock, CRD.
Только смесительный шнек CRD позволил достичь молекулярной массы выше минимально необходимого уровня.
✅ Решение
Выбран шнек с секцией смешивания CRD422 — многовитковый щелевой смеситель с коническими щелями.
Преимущества CRD:
Создает удлиненный (растягивающий) поток, а не сдвиговый.
Меньшее вязкое рассеивание → более низкие температуры расплава.
Расплав проходит через зоны высокого напряжения несколько раз (благодаря многовитковой конструкции).
Отсутствие застойных зон — хорошая очистка цилиндра.
Результат:
Молекулярная масса продукта стабильно выше требуемого минимального уровня. Деградация минимизирована.
#экструзия #ТПЭ #термопластичный_эластомер #механическая_деградация #молекулярная_масса #шнек #барьерный_шнек #смеситель #CRD #удлиненный_поток #сдвиговый_поток #устранение_неполадок #полимеры #технологии #медицинские_трубки
