Все, что вы когда-либо хотели знать об экструзионном охлаждении

Аллан Грифф | 12 января 2023 г.

Колонка об экструзии в этом месяце посвящена холоду, подходящему для января. Зачастую в экструзии холодно и влажно, что в этом году еще более актуально.

Чтобы термопласт стал достаточно мягким для экструзии, его необходимо нагреть — термопластик в термопластике. Прежде чем идти дальше, давайте проясним две вещи.

Первый,тепло - это форма энергии , поэтому его можно посчитать и измерить. Энергия имеет множество форм, но она не появляется и не исчезает. Никакой магии. Его можно измерить в калориях — количестве тепла, которое поднимает один грамм воды на 1°C. Это небольшая сумма, поэтому для обозначения 1000 маленьких калорий принято использовать заглавные буквы — Калории (Cal) или Калории (Kal или Kcal). Если вы используете джоули: 4,2 джоуля = 1 калория.

Цифры известны давно, но иногда их игнорируют или избегают там, где подсчет нежелателен. То же самое касается людей, которые не хотят считать калории в пище, что ненаучно, но позволяет получить другие удовольствия от еды, такие как вкус и «свободу» следовать импульсам и образу, например: «Если это зеленое, это полезно для вас». »

Мы, учёные, тоже можем получать удовольствие от еды, даже если считаем калории: 9 ккал/грамм жиров и масел и 4 ккал/грамм белков и углеводов (крахмал, сахар), если они перевариваются и доступны. Да, жиры — это питательные вещества в качестве источников энергии, а белки — это то же самое, что крахмал и сахар, но общественный имидж говорит об обратном. Вода — 80% в мясе и разная в овощах — тоже полезна, но не является источником энергии. Так что это не в счет. Интернет и этикетки на продуктах питания полны этой информации, но помните, что она указана на грамм, поэтому важно, сколько вы едите. Около 30 грамм = унция и 454 грамм = 1 фунт, так что не позволяйте граммам вас остановить.

Второй пункт, который нужно прояснить, этотемпературные шкалы . Нам нужно говорить как на C, так и на F, и, если у нас есть датчик или точка данных, знать, что это за единицы. Это просто: 5°C = 9°F, а 0°C — это 32°F (вода замерзает до состояния льда, молекулы те же, но организованная структура). Фаренгейт (F) изобрел термометр в 1717 году, но Цельсий (C) основывал шкалу на замерзании и кипении воды в приморской Швеции, так же, как и на уровне моря в США (он меняется в зависимости от высоты, но он этого не знал).

Вернёмся к пластикам. Чтобы понять охлаждение, мы должны понять нагрев. Холода не существует — охлаждение означает удаление энергии. Для нагревания 2,2 фунта (1 килограмма) полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) от комнатной температуры 73°F (25°C) до температуры экструзии 410°F (210°C) требуется около 138 ккал (0,16 кВтч). ). Это примерно 0,61 ккал на фунт. Эти цифры идеальны, но в реальном мире есть реальные потери; если у меня нет другой информации, я предполагаю, что необходима двойная информация. Обычно все равно слишком мало, чтобы беспокоиться о стоимости, а не о перегреве.

Большая часть этой энергии исходит от двигателя, поскольку он преодолевает трение и перемещает шнек вперед в липком расплаве. Некоторые из них производятся из нагревателей штампов, а также нагревателей стволов для жаропрочных пластмасс, таких как ПЭТ и нейлон. Эти цифры включают в себя как повышение температуры, так и нарушение кристалличности, которая для ПЭВД составляет около 40%.

Такие данные сложно найти даже в Интернете. Я использую Rao & O'Brien (Hanser, 1998), и ученые-полимерщики знают другие источники, но экструдеры не особо беспокоятся об этом, поскольку большинство машин могут выделять более чем достаточно тепла. Однако это приводит к распространенному заблуждению, что большая часть тепла исходит от нагревателей ствола, потому что именно эти температуры мы регулируем как с помощью нагревателей, так и с помощью воздушного или водяного охлаждения.

Но, как отмечалось выше, важность нагревания ствола справедлива только для очень маленьких машин или любых машин, которые работают медленно, некоторых машин с экструзионным покрытием, некоторых двойников и высокотемпературных полимеров. Нагреватели необходимы для запуска и полезны для поддержания устойчивости, но обычно не являются основным источником тепла. Температура в задней части ствола имеет решающее значение по другой причине: она контролирует скольжение гранулы по стенкам ствола в первой зоне (зонах) и, таким образом, контролирует скорость подачи/выдачи.

Экструдеры с рифленым цилиндром представляют собой важный особый случай, часто используемый для полиэтилена высокой плотности (HD). Если он у вас есть, узнайте больше о том, как он работает. Первая зона охлаждается водой, чтобы предотвратить прилипание и таяние там. В случае простых стволов также может быть предусмотрено охлаждение, чтобы избежать застревания в проходах для подачи корма, но если нет канавок, это редко контролируется тщательно.