Диаграмма Ишикавы — механическая деградация при экструзии ТПЭ
🎯 Проблема: Снижение молекулярной массы ТПЭ ниже допустимого уровня
1. 🧪 МАТЕРИАЛ
ТПЭ – термопластичный эластомер, чувствителен к сдвигу
Высокая молекулярная масса – более подвержена механической деградации
Узкое молекулярно-массовое распределение – усиливает эффект
Отсутствие стабилизаторов – нет защиты от механодеструкции
2. 🏭 КОНСТРУКЦИЯ ШНЕКА
2.1. Барьерный шнек
Подрез барьера – весь расплав проходит через узкий зазор
Высокая скорость сдвига – 5–10× выше, чем в канале
Однократное прохождение – нет возможности «отдохнуть»
2.2. Рифленый смеситель (LeRoy/Maddock)
Угол лопастей 90° – высокое падение давления
Зазор смесителя – высокая скорость сдвига
Застойные зоны – увеличивают время пребывания
2.3. Смеситель CRD (решение)
Конические щели – удлиненный поток вместо сдвигового
Многовитковая конструкция – многократное прохождение зон смешения
Низкое падение давления – меньше вязкого рассеивания
3. ⚙️ ПРОЦЕСС
Высокая скорость шнека – увеличивает скорость сдвига
Температура расплава – высокая усиливает деградацию
Время пребывания – длительное → больше воздействия
Давление в головке – коррелирует с вязкостью (падает при деградации)
4. 🔬 КОНТРОЛЬ
Молекулярная масса – измеряется постфактум (ГПХ, GPC)
Давление в головке – может быть индикатором снижения ММ
Температура расплава – недостаточный мониторинг
Скорость сдвига – не контролируется онлайн
5. 🎯 МЕХАНИЗМ ДЕГРАДАЦИИ (ключевая категория)
5.1. Сдвиговый поток
Высокие касательные напряжения → разрыв цепей
Особенно опасен в узких зазорах (подрез барьера, зазор смесителя)
Весь расплав проходит через опасную зону → тотальная деградация
5.2. Удлиненный поток (растяжение)
Меньше вязкого рассеивания
Более эффективная дисперсия при меньшей деградации
CRD создает именно такой тип потока
6. 👥 ПЕРСОНАЛ / ОРГАНИЗАЦИЯ
Выбор шнека – ориентировались на традиционные конструкции
Недостаточное понимание – различий между сдвиговым и удлиненным потоком
Отсутствие реологических испытаний – не оценивали критическую скорость сдвига
СОП – нет регламентов для чувствительных к сдвигу материалов
📌 Ключевые выводы
В кейсе ключевым фактором механической деградации ТПЭ стал тип потока в смесительных элементах шнека:
1. Опасные конструкции:
Барьерный шнек — весь расплав проходит через узкий подрез барьера.
Рифленый смеситель Maddock — высокие сдвиговые напряжения.
Скорость сдвига в подрезе барьера в 5–10 раз выше, чем в канале.
2. Механизм деградации:
Чем выше исходная молекулярная масса, тем сильнее падение.
Высокомолекулярный PLA63 после экструзии имел ММ ниже, чем PLA48.
3. Решение — смеситель CRD:
Создает удлиненный поток (растяжение), а не сдвиговый.
Конические щели обеспечивают многократное прохождение зон смешения.
Меньшее вязкое рассеивание → более низкие температуры расплава.
Результат: молекулярная масса выше минимального требуемого уровня.
Важное наблюдение:
давление в головке может служить индикатором молекулярной массы расплава — если при постоянной температуре и производительности давление падает, это указывает на снижение вязкости и, вероятно, деградацию.
Инструментарий:
гель-проникающая хроматография (GPC) для контроля ММ + мониторинг давления в головке + сравнительные испытания разных конструкций шнеков — позволили выбрать оптимальное решение.
#экструзия #ТПЭ #термопластичный_эластомер #механическая_деградация #молекулярная_масса #шнек #барьерный_шнек #смеситель #CRD #удлиненный_поток #сдвиговый_поток #устранение_неполадок #полимеры #технологии #медицинские_трубки
