Plastik Boru Üretimi İçin Spiral Kanallı Radyal Ekstrüzyon Kalıbının Sistematik Tasarımı

Abstract

Spiral kanallı polimer ekstrüzyon kalıpları çeşitli kesitlerde profil ve boru gibi ürünlerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada boru üretimi için radyal spiral kanallı ekstrüzyon kalıbı tasarımı yapılmıştır. Spiral geometrisi olarak logaritmik spiral seçilmiştir. Spiral kanallı ekstrüzyon kalıbı tasarımında en önemli iki aşama çıkış hız dağılımının homojen olması ve kalıp çıkışında şişmeden kaynaklanan geometri bozukluklarının olmamasıdır. Bu çalışmada boru üretimi için tasarım yapılacağından kalıp çıkışında şişme her yönde homojen olacak fakat geometride bozulmaya yol açmayacakdır. Bu nedenle çıkışta homojen hız dağılımına yoğunlaşılmalıdır. İlk aşamada elektrik benzeşim metodu[2] kullanılarak kalıp çıkışında homojen hız dağılımı, minimum basınç düşümü ve kayma gerilmesi parametrelerini göz önüne alan analitik ön çalışma ile kalıbın geometrik parametreleri belirlenmiştir. Daha sonra tasarlanan spiral kalıbın SAD analizi ile sayısal simülasyonu yapılmıştır. Analitik sonuçlar sayısal simülasyon sonuçları ile karşılaştırıldığında analitik yaklaşımın kalıp dizaynında yol gösterici olabileceğini göstermiştir. Tez kapsamında PE, PP ve PP+ kalsit katkılarının reolojik ölçümleri çeşitli sıcaklıklarda yapılımıştır. Viskozitenin sıcaklıkla düştüğü ve katkı oranından etkilenmediği görülmüştür. Yapılan deneylerle ile yüzey bozulması olmaması için maksimum kayma gerilmesi belirlenmiştir. Kalıp çıkışında homojen hız dağılımının yanı sıra tasarımdaki diğer önemli parametreler minimun kayma şekil değiştirme hızı ve maksimum kayma gerilmesidir. Kalıp içerisinde malzemenin çok kalmasından dolayı bozulmaya uğramasını engellemek için şekil değiştirme hızı 5s-1’in üzerinde tutulmalıdır. Aynı zamanda yüzey bozulmasını engellemek için 130.000 Pa yüzey gerilmesi değeri aşılmamalıdır.

Polimer extrusion dies are widely used to produce profiles and piping products for many years. In this study design of a radially spiral exrusion die for single layer pipe production is made. Logaritmic spiral is choseen as a spiral form. The most important parts in design process of exrusion die are to achieve balanced velocity profile at the die exit and to prevent irregular shaping at extruded polimer which is caused by swelling. In this study swelling expands polimer at radial direction equally but does not cause irregular shapes. So that we will focus on balancing polimer flow at die exit. By using electical network analysis [2] die geometry is estimated considering balanced velocity profile at die exit, minimum pressure drop through the die and not to exceed maximum shear stresss. Later CFD simulation of the is made and compared with analitical solutions. In this study reological experiments to determine viscosity of PP, PE and PP+ calsit grades are made. It is seen that viscosity decreases as increasing temprature. Increase in calcite grade does not effect viscosity. Maximum allowable shear stress to prevent melt fructure is also determined with experiments. Besides balanced flow at die exit there are another important parameters such as minimum shear rate and maximum shear stres. Minimum shear rate must be greater then 5s-1 to prevent thermal degradation which is caused long resident time of polimer in die. In case of excess 130000 Pa shear stress melt fructure occurs. There should not be shear stres more than 130000 Pa anywhere in the die.