Teoretická a experimentální studie jevu Die Drool

Abstract

Jev označovaný jako die drool (plate-out, die build up, die drip nebo die peel) je nežádoucí spontánní akumulace materiálu na hraně výstupní štěrbiny při vytlačování polymerních látek. Tento jev má zásadní negativní vliv jak na kvalitu extrudátu tak na produktivitu procesu vytlačování, a to z důvodu periodického čištění vytlačovací hlavy, což vyžaduje ekonomicky nákladné přerušení výrobního procesu. Přestože je známa řada faktorů a příčin, které vedou ke vzniku jevu die drool (např. přítomnost nízkomolekulárních polymerních frakcí či plniva v polymerní matrici, design vytlačovací hlavy ), není dosud zcela jasné, jaký je mechanismus vzniku tohoto jevu. Hlavním cílem této práce je přispět k hlubšímu porozumění vzniku tohoto nežádoucího jevu včetně navržení jednoduchého kriteriálního pravidla pro jeho predikci, které je aplikovatelné na reálných zpracovatelských zařízeních. Doktorskou práci lze obecně rozdělit do tří částí. První část práce se věnuje teoretické a experimentální analýze jevu die drool na speciálně vyvinuté vytlačovací hlavě, která umožňuje kontrolovat napěťový stav v tavenině na konci výstupní štěrbiny. Během experimentálního zkoumání byl měněn průtok, teplota a koncová geometrie vytlačovací hlavy s cílem nalézt stabilní/nestabilní podmínky vytlačování s ohledem na vznik negativního jevu die drool. Experimentální data byly následně teoreticky analyzovány pomocí metody konečných prvků (FEM) s využitím modifikovaného White-Metznerova modelu jako konstituční rovnice. Druhá část práce se věnuje zkoumání napěťového pole na konci výstupní štěrbiny s cílem hlouběji porozumět vlivu tvaru geometrie vytlačovací hlavy na jev die drool. Experimentální měření bylo prováděno na speciální vizualizační cele (University of Bradford, UK) s využitím metody založené na dvojlomu. Naměřené dala byly následně teoreticky analyzovány. Poslední část této práce vznikla na základě spolupráce mezi Centrem polymerních materiálů, FT UTB ve Zlíně a Institute of Polymer Materials (LSP) of the University of Erlangen-Nürnberg, Německo. Práce se věnuje výzkumu vzniku vírů uvnitř vytlačovacích hlav, a to na základě měření rychlostních polí a teoretické analýze založené na viskoelastické metodě konečných prvků.