正文 第三節 結果與分析(1 / 3)

一、操作參數對壓力的影響

模頭壓力的產生是由熔融體的黏滯阻力和模口形狀、大小共同決定的[137-139]。由於熔體內部黏滯力和流道壁摩擦力的存在以及模口阻力的存在,熔體沿流道流動會引起熔體壓力的變化,產生一定的壓力降。要使熔體能夠均勻連續地通過機頭成型,必須在機頭內保持足夠的壓力。機頭內的壓力不僅限製了擠出的產量,還會影響製品質量。壓力增大使熔體內的耗散能增大,造成機頭內溫度升高,嚴重時會造成熔體破裂。

DSE-25型擠壓機的4區為模頭與機筒的連接區形成的一個螺杆頂端與模頭模口之間的圓柱形區域,由於熔融體以較高速率由螺杆擠出,受到模頭模口的製約,而有較多的熔融體阻滯在該區形成高壓。該區壓力與模頭壓力呈極顯著正相關關係(R=0.99),且具有相似的回歸模型,因此本文僅給出4區壓力(即螺杆頂端壓力)的響應麵分析結果。

(一)機筒溫度對係統壓力的影響

螺杆頂端壓力隨著機筒溫度的升高而呈逐漸降低的趨勢。壓力的變化取決於物料在腔體內的流動狀況,流體黏度越大,流動時產生的黏滯阻力越大,流動所需消耗的能量越高,擠壓機係統壓力越大。

低變性脫脂豆粕的主要成分是大豆蛋白(>50%,幹基)和高分子質量碳水化合物組成的生物高聚物,其非牛頓指數在0.2~0.6之間,為典型的非牛頓流體,其流變學特性受溫度顯著影響[140]。研究表明,熔融態聚合物的黏度一般隨著溫度的升高而降低[141,142],因此當機筒溫度升高時,物料黏度的降低導致其產生的黏滯阻力降低,這是當機筒溫度升高時螺杆頂端壓力降低的主要原因。

機筒溫度對壓力的影響受其他過程參數的交互作用較大,低水分物料隨機筒溫度升高而降低的變化梯度遠大於高水分物料。在喂料速度較低時,壓力隨機筒溫度的升高變化不大,始終維持在較低水平;而在喂料速度較高時,壓力隨機筒溫度的升高呈快速下降的趨勢。在低螺杆轉速時,壓力隨機筒溫度的變化更為敏感。

(二)物料水分含量對係統壓力的影響

物料水分含量對壓力的影響也非常顯著,當其他過程參數保持恒定時,隨著物料含水量的增加,壓力呈下降趨勢。水分含量是決定熔融體黏度的關鍵因素,熔融體黏度隨著水分含量的增加而降低,這導致物料黏滯阻力減小,係統壓力降低。

(三)喂料速度對係統壓力的影響

隨著喂料速度的增加,壓力逐漸升高。單位喂料載荷(Specific feed loading,SFL)是確定機筒填充程度的指標[138],其值為喂料速度與螺杆轉速之比。當螺杆轉速保持恒定時,SFL隨喂料速度的增加而增加。因此,喂料速度成為決定機筒填充程度的關鍵因素。隨著喂料速度的增加,機筒填充程度增加,單位時間內流向機頭的物料量相應增加,因此使螺杆頂端壓力升高。

(四)螺杆轉速對係統壓力的影響

雙螺杆擠壓機為饑餓式喂料,這意味著擠壓機產能不是螺杆轉速的函數。因此,螺杆轉速對壓力的影響不大。然而,由於向前推動力的加快,機筒填充度隨螺杆轉速的加快而降低,表現為壓力隨螺杆轉速的增加而略微降低,這種規律在機筒溫度較低時更為明顯。二、操作參數對扭矩的影響

扭矩直接反映了擠出功率即能量消耗的大小,同時也間接反映了擠出過程中剪切作用的強弱和熔融體黏度的高低,是擠壓過程係統穩定的重要因素,對擠壓產品的質量起著決定性的作用[143]。