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管道與型材擠出冷卻制備的研究
信息來(lái)自:超高分子量聚乙烯www.yiesion.cn 發(fā)布日期：2012-12-13 瀏覽次數(shù)：105
導(dǎo)讀： 冷卻塑料管材和型材一直是一個(gè)挑戰(zhàn)，而在擠出速率超過(guò)682kg/h的今天。事實(shí)更是如此。當(dāng)決定怎樣最佳地冷卻擠出產(chǎn)品時(shí)，需要關(guān)注的不僅是材料，而且還包括壁厚和擠出的幾何尺寸。在冷卻厚度僅為幾mm的窗戶線性型材和冷卻厚度達(dá)38.1mm的木質(zhì)復(fù)合材料裝飾蓋板時(shí)，其方法是有較大差別的。 高生產(chǎn)率的
冷卻塑料管材和型材一直是一個(gè)挑戰(zhàn)，而在擠出速率超過(guò)682kg/h的今天。事實(shí)更是如此。當(dāng)決定怎樣最佳地冷卻擠出產(chǎn)品時(shí)，需要關(guān)注的不僅是材料，而且還包括壁厚和擠出的幾何尺寸。在冷卻厚度僅為幾mm的窗戶線性型材和冷卻厚度達(dá)38.1mm的木質(zhì)復(fù)合材料裝飾蓋板時(shí)，其方法是有較大差別的。
高生產(chǎn)率的擠塑操作從過(guò)去發(fā)展到現(xiàn)在已走了一段較長(zhǎng)的路。過(guò)去，型材一般采用城市用水或井水在幾乎靜止的浸浴下進(jìn)行冷卻，當(dāng)水吸取盡可能多的熱量后被排放到污水溝中。在生產(chǎn)率問(wèn)題促使一種更為智能的方法成為必需，水的供應(yīng)和處理的費(fèi)用就已經(jīng)足以使這種冷卻方法結(jié)束。在Conair公司的幫助下，擠塑廠商們正在精確地計(jì)算有多少熱量需要被消除以及需要多快的速度進(jìn)行消除，才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)成功且有利可圖。也許有人希望在使水盡可能冷的方面找到一些解決的辦法。然而實(shí)際上，問(wèn)題要比單獨(dú)水冷要更加復(fù)雜。
自從發(fā)明塑料擠塑以來(lái)，下游冷卻設(shè)備的生產(chǎn)商以及他們的客戶都在尋求更好的方法來(lái)把過(guò)程熱量從擠塑型材中消除，而這種努力也得到了一個(gè)合理的進(jìn)展。
冷水在幫助優(yōu)化熱傳遞速度方面可以起到很多作用，但是這種作用僅限于一個(gè)特定的壁厚范圍內(nèi)。4mm以上壁厚的管材，可以考慮從冷水轉(zhuǎn)到調(diào)溫水，以優(yōu)化冷卻速度。當(dāng)擠出物從熱的塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛残誀顟B(tài)時(shí)，熱傳遞速度降低。因此，管材或型材外表面發(fā)生的結(jié)皮，實(shí)際上就把內(nèi)部材料和冷卻水進(jìn)行了隔離。隨著壁厚的增加，這變成了一個(gè)越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題。你可能是在浪費(fèi)非常昂貴的冷卻水。事實(shí)上，最好在最初的冷卻槽，將水溫調(diào)高至26.5-54.5℃，在不使表面結(jié)皮的情況下帶走能量。
再者，如果型材的壁厚不一樣，用冷水快速冷卻會(huì)造成型材彎曲、扭曲、和翹曲。這種情況下，則有可能需要在主冷卻槽中升高水溫，以幫助平衡熱傳遞速度。
冷卻壁厚為4mm或更低的管材，特別是超高分子量聚乙烯管材，可使用帶有適當(dāng)尺寸水循環(huán)系統(tǒng)的高強(qiáng)度噴淋槽，且在整個(gè)線上專門(mén)使用溫度范圍為3.3-7.2℃的冷卻水。適當(dāng)設(shè)計(jì)的噴淋槽可以冷卻76-102mm的管材，對(duì)于7.3米地噴淋槽，其冷卻速度可達(dá)364-998kg/h。有意思的是，由于駐留時(shí)間和表面積問(wèn)題，為了實(shí)現(xiàn)每小時(shí)內(nèi)相同的輸出量，則實(shí)際上需要將冷卻槽長(zhǎng)度加長(zhǎng)約30%。
冷卻厚壁管材，可以在主噴淋槽中通過(guò)使用調(diào)溫水來(lái)控制結(jié)皮的速度，同時(shí)把最大的熱量從壁中帶走。當(dāng)確定水循環(huán)系統(tǒng)的尺寸和噴淋槽所需的長(zhǎng)度時(shí)，適當(dāng)確定熱交換器的尺寸來(lái)控制水溫將是很關(guān)鍵的。
對(duì)擠塑冷卻的一個(gè)回顧
歷史上，擠塑廠商依賴于空氣冷卻或浸泡冷卻來(lái)排除熱量。雖然冷卻技術(shù)在最近20年中進(jìn)步迅速，但是這些令人尊敬的技術(shù)仍在值得學(xué)習(xí)。
空氣冷卻在擠塑型材加工中已被使用了多年，令人驚訝的是它可能是冷卻型材的最佳方法之一，特別是對(duì)于薄壁型材而言。這種冷卻方式較大的缺點(diǎn)是空氣冷卻較慢，速度一般低于159kg/h,并且空間密集，采用一個(gè)簡(jiǎn)單的中空架子來(lái)支撐跨距達(dá)6M的型材。雖然這個(gè)過(guò)程提高較慢的熱傳遞速度，但它通過(guò)使厚壁和薄壁以相同的速度冷卻，最大程度地減少了翹曲、扭曲和彎曲。因?yàn)榭諝獾睦鋮s速度是水的百分之一，不均勻的冷卻可能更少。通常，在第一段的3M中，注嘴被用來(lái)在型材的特定部分（較厚）吹空氣，而最后的3M則在型材上下方采用風(fēng)箱，使用更普遍的空氣冷卻。雖然這是一種較慢的熱轉(zhuǎn)移方法，但是我們可以從中學(xué)到知識(shí)，把它應(yīng)用到其他管材和型材的冷卻方法中。
浸泡冷卻簡(jiǎn)單地把熔融塑料從一個(gè)裝滿冷卻水的槽中引出，冷卻水通過(guò)一臺(tái)水泵、過(guò)濾器和熱交換器進(jìn)行循環(huán)，排除從擠出塑料中獲得的熱量。冷卻水一般是溫度控制的，它是一種轉(zhuǎn)移擠出物熱量。冷卻水一般是溫度控制的，它是一種轉(zhuǎn)移擠出物熱量非常有效的介質(zhì)。但是，由于在塑料和水之間存在較高的溫差，擠出型材周?chē)乃⒖瘫患訜�，�?shí)際上阻礙了進(jìn)一步的熱傳遞。對(duì)此，解決的辦法是把湍流引入到槽中，把被加熱的水弄走，使較冷的水能接近擠出物。湍流被認(rèn)為是該冷卻過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵因素。
如今，該行業(yè)正在不斷發(fā)明新技術(shù)，包括高強(qiáng)力噴淋冷卻和沿?cái)D出線不同溫度的謹(jǐn)慎使用，它們能夠迅速提高擠出量地速度，并幫助加工廠商在一些最熱門(mén)的新市場(chǎng)變得更具有競(jìng)爭(zhēng)力。
高生產(chǎn)率的擠塑操作從過(guò)去發(fā)展到現(xiàn)在已走了一段較長(zhǎng)的路。過(guò)去，型材一般采用城市用水或井水在幾乎靜止的浸浴下進(jìn)行冷卻，當(dāng)水吸取盡可能多的熱量后被排放到污水溝中。在生產(chǎn)率問(wèn)題促使一種更為智能的方法成為必需，水的供應(yīng)和處理的費(fèi)用就已經(jīng)足以使這種冷卻方法結(jié)束。在Conair公司的幫助下，擠塑廠商們正在精確地計(jì)算有多少熱量需要被消除以及需要多快的速度進(jìn)行消除，才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)成功且有利可圖。也許有人希望在使水盡可能冷的方面找到一些解決的辦法。然而實(shí)際上，問(wèn)題要比單獨(dú)水冷要更加復(fù)雜。
自從發(fā)明塑料擠塑以來(lái)，下游冷卻設(shè)備的生產(chǎn)商以及他們的客戶都在尋求更好的方法來(lái)把過(guò)程熱量從擠塑型材中消除，而這種努力也得到了一個(gè)合理的進(jìn)展。
冷水在幫助優(yōu)化熱傳遞速度方面可以起到很多作用，但是這種作用僅限于一個(gè)特定的壁厚范圍內(nèi)。4mm以上壁厚的管材，可以考慮從冷水轉(zhuǎn)到調(diào)溫水，以優(yōu)化冷卻速度。當(dāng)擠出物從熱的塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛残誀顟B(tài)時(shí)，熱傳遞速度降低。因此，管材或型材外表面發(fā)生的結(jié)皮，實(shí)際上就把內(nèi)部材料和冷卻水進(jìn)行了隔離。隨著壁厚的增加，這變成了一個(gè)越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題。你可能是在浪費(fèi)非常昂貴的冷卻水。事實(shí)上，最好在最初的冷卻槽，將水溫調(diào)高至26.5-54.5℃，在不使表面結(jié)皮的情況下帶走能量。
再者，如果型材的壁厚不一樣，用冷水快速冷卻會(huì)造成型材彎曲、扭曲、和翹曲。這種情況下，則有可能需要在主冷卻槽中升高水溫，以幫助平衡熱傳遞速度。
冷卻壁厚為4mm或更低的管材，特別是超高分子量聚乙烯管材，可使用帶有適當(dāng)尺寸水循環(huán)系統(tǒng)的高強(qiáng)度噴淋槽，且在整個(gè)線上專門(mén)使用溫度范圍為3.3-7.2℃的冷卻水。適當(dāng)設(shè)計(jì)的噴淋槽可以冷卻76-102mm的管材，對(duì)于7.3米地噴淋槽，其冷卻速度可達(dá)364-998kg/h。有意思的是，由于駐留時(shí)間和表面積問(wèn)題，為了實(shí)現(xiàn)每小時(shí)內(nèi)相同的輸出量，則實(shí)際上需要將冷卻槽長(zhǎng)度加長(zhǎng)約30%。
冷卻厚壁管材，可以在主噴淋槽中通過(guò)使用調(diào)溫水來(lái)控制結(jié)皮的速度，同時(shí)把最大的熱量從壁中帶走。當(dāng)確定水循環(huán)系統(tǒng)的尺寸和噴淋槽所需的長(zhǎng)度時(shí)，適當(dāng)確定熱交換器的尺寸來(lái)控制水溫將是很關(guān)鍵的。
對(duì)擠塑冷卻的一個(gè)回顧
歷史上，擠塑廠商依賴于空氣冷卻或浸泡冷卻來(lái)排除熱量。雖然冷卻技術(shù)在最近20年中進(jìn)步迅速，但是這些令人尊敬的技術(shù)仍在值得學(xué)習(xí)。
空氣冷卻在擠塑型材加工中已被使用了多年，令人驚訝的是它可能是冷卻型材的最佳方法之一，特別是對(duì)于薄壁型材而言。這種冷卻方式較大的缺點(diǎn)是空氣冷卻較慢，速度一般低于159kg/h,并且空間密集，采用一個(gè)簡(jiǎn)單的中空架子來(lái)支撐跨距達(dá)6M的型材。雖然這個(gè)過(guò)程提高較慢的熱傳遞速度，但它通過(guò)使厚壁和薄壁以相同的速度冷卻，最大程度地減少了翹曲、扭曲和彎曲。因?yàn)榭諝獾睦鋮s速度是水的百分之一，不均勻的冷卻可能更少。通常，在第一段的3M中，注嘴被用來(lái)在型材的特定部分（較厚）吹空氣，而最后的3M則在型材上下方采用風(fēng)箱，使用更普遍的空氣冷卻。雖然這是一種較慢的熱轉(zhuǎn)移方法，但是我們可以從中學(xué)到知識(shí)，把它應(yīng)用到其他管材和型材的冷卻方法中。
浸泡冷卻簡(jiǎn)單地把熔融塑料從一個(gè)裝滿冷卻水的槽中引出，冷卻水通過(guò)一臺(tái)水泵、過(guò)濾器和熱交換器進(jìn)行循環(huán)，排除從擠出塑料中獲得的熱量。冷卻水一般是溫度控制的，它是一種轉(zhuǎn)移擠出物熱量。冷卻水一般是溫度控制的，它是一種轉(zhuǎn)移擠出物熱量非常有效的介質(zhì)。但是，由于在塑料和水之間存在較高的溫差，擠出型材周?chē)乃⒖瘫患訜�，�?shí)際上阻礙了進(jìn)一步的熱傳遞。對(duì)此，解決的辦法是把湍流引入到槽中，把被加熱的水弄走，使較冷的水能接近擠出物。湍流被認(rèn)為是該冷卻過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵因素。
如今，該行業(yè)正在不斷發(fā)明新技術(shù)，包括高強(qiáng)力噴淋冷卻和沿?cái)D出線不同溫度的謹(jǐn)慎使用，它們能夠迅速提高擠出量地速度，并幫助加工廠商在一些最熱門(mén)的新市場(chǎng)變得更具有競(jìng)爭(zhēng)力。
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