¿Qué es la liberación de calor de corte?

01 Introducción

Un extrusor es uno de los equipos más comunes para el procesamiento de materiales. Ya sea que se trate de una extrusora de un solo tornillo o una extrusora de doble tornillo, la fusión y la plastificación de los materiales se logran a través del calentamiento del barril y la acción de cizallamiento y plastificante del tornillo. Aquellos familiarizados con el proceso de extrusión pueden saber que la temperatura de fusión monitoreada en tiempo real dentro de la extrusora suele ser ligeramente más alta que la temperatura establecida del barril. Esto se debe a que la acción de corte del tornillo giratorio genera calor, un fenómeno conocido como liberación de calor por cizallamiento.

02 Principio de liberación de calor cortante

La liberación de calor del corte se refiere al calor de fricción generado cuando los materiales sufren un movimiento relativo bajo la acción de corte del tornillo durante el proceso de extrusión. Este calor se origina a partir de la conversión de la energía mecánica del tornillo en la energía interna del material. La intensidad de la liberación de calor de corte está estrechamente relacionada con el diseño del tornillo, las propiedades del material y las condiciones del proceso.

03 Manifestaciones de liberación de calor de corte en diferentes secciones de tornillo

Sección de alimentación: dado que los canales de tornillo son relativamente profundos y el material aún no está compactado, el calor de fricción es mínimo y los calentadores externos proporcionan la mayor parte del calor.

Sección de compresión: a medida que la profundidad del canal del tornillo disminuye gradualmente, el material se empuja contra la pared del cañón, aumenta la fuerza de corte y genera más calor por cizallamiento. El calor en esta sección proviene principalmente de la acción de corte.

Sección de medición: en esta etapa, el material está completamente derretido y los canales de tornillo son menos profundos, lo que conduce a una generación significativa de calor por cizallamiento. En algunos casos, se requieren dispositivos de enfriamiento para controlar la temperatura.

04 Factores que afectan los métodos de liberación y control de calor por cizallamiento

(1) Factores que afectan la liberación de calor por cizallamiento

Diseño del tornillo: parámetros como la relación longitud-diámetro, la relación de compresión y la profundidad del canal de tornillo influyen en la generación del calor de corte. Por ejemplo, una relación de longitud-diámetro y canales de tornillo menos profundos aumentan el calor de corte.

Propiedades del material: la sensibilidad térmica y la viscosidad de fusión del material también afectan el calor de corte. Los materiales sensibles al calor (como el PVC) son más propensos a la degradación debido al calor del corte.

Condiciones del proceso: las velocidades de rotación de tornillos más altas generan más calor por cizallamiento, y la configuración de la temperatura del barril también afectan la contribución del calor por cizallamiento.

(2) Cómo reducir el impacto de la liberación de calor por cizallamiento

Optimización del diseño del tornillo: ajustar la profundidad del canal del tornillo y la relación de compresión pueden ayudar a reducir la generación de calor por cizallamiento.

Control de velocidad del tornillo: bajar la velocidad del tornillo puede disminuir el fuego de corte.

Dispositivos de enfriamiento: la instalación de dispositivos de enfriamiento en la sección de medición ayuda a regular la temperatura.

05 Cómo hacer el uso racional de la liberación de calor cortante

La liberación de calor del corte es una fuente de calor esencial en el proceso de extrusión, particularmente en las secciones de compresión y medición, donde su contribución de calor puede exceder la de los calentadores externos. Por lo tanto, controlar efectivamente el calor de corte es crucial para garantizar la plastificación uniforme del material y mantener la calidad del producto.

La utilización adecuada de la liberación de calor cortante puede mejorar significativamente la eficiencia de la extrusión y la calidad del producto. Al optimizar el diseño del tornillo, el control de la velocidad del tornillo, la implementación del control de temperatura segmentado y el ajuste de los parámetros del proceso basados ​​en las características del material, es posible reducir el consumo de energía al tiempo que garantiza la plastificación uniforme y la optimización del rendimiento.

En ciertas aplicaciones, la liberación de calor por cizallamiento se puede aprovechar para promover reacciones químicas o modificar los materiales. Por ejemplo, en la preparación de compuestos basados ​​en polímeros de alta concertividad térmica, el control de la liberación de calor por cizallamiento puede reducir la resistencia térmica interfacial entre el relleno y la matriz, mejorando significativamente la conductividad térmica del material. Este enfoque no solo mejora el rendimiento del material, sino que también reduce la necesidad de calentamiento adicional.

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