Звоните нам по телефону

Контроль нагрева вещества в потоке на экструдере

Сложность задачи

Экструдер условно разделен на несколько зон, каждая из которых имеет длину около 450 мм. На каждом из имеющихся участков можно настроить свой температурный режим. Точной стандартизированной настройки на самом деле нет. Единственным условием является создание температурных режимов в первой, а иногда и во второй зонах, близких к тем, которые расплавленная полимерная масса должна иметь на конечном этапе формования. Выбор температуры зависит от характеристик полимерного сырья и конфигурации шнека. Регулирование нагрева необходимо для хорошей теплопередачи и для предотвращения перегревов. Процесс регулировки нелегкий. Это связано со сложностями контроля нагрева расплава от сдвиговых сил, которые вырабатываются из-за движений шнека. Сдвиговые силы зависят от скорости передвижения гранул и изменения тепловой проводимости вдоль цилиндра.




После стабилизации экструзивных процессов полимер также нагревается за счет внутренней силы трения и сдвига. Интенсивность тепловыделения зависит от структуры материала, особенностей шнека и давления, развиваемого в головке. На некоторых участках термические значения могут быть значительно выше требуемых, и тогда понадобится охлаждение.

Температурные регуляторы

Настройка температур цилиндра и головки осуществляется в импульсном режиме благодаря запрограммированным приборам контроля. Контролеры обеспечивают энергосбережение и увеличивают продолжительность работы нагревателей.

Время работы нагревателей контролируется без изменений периодичности. Чтобы нагрев был равномерным, важно проверить работу и целостность нагревательных элементов перед запуском экструдера. Оператор должен проверить каждый пункт в отдельном порядке.

Каждый экструдер нуждается в собственном температурном режиме для качественного нагрева. Температурное поле, подходящее для одного типа оборудования, для другого будет неуместным. Это относится даже к аналогичным типам установок. Причина — неравномерное погружение датчиков в цилиндр. На одном устройстве термопара может устанавливаться неглубоко, а на другом — на максимальной глубине. В таких случаях, даже если вы полностью исправите все показатели нагрева, температура все равно будет другой. Если термопара вставлена в гнездо стенки цилиндра на половину глубины, наружная стенка цилиндра будет соответствовать данным измерения термопары, но только в том случае, если нагрев или охлаждение не будут инициированы. Когда термостат переключается в режим охлаждения, внутренняя поверхность цилиндра будет намного теплее, чем заданная температура. А в случае режима нагрева — наоборот.

Влияние шнека

Температурное поле цилиндрического отдела также зависит от давления, создаваемого в головке экструдера, степени износа шнека и цилиндра, условий окружающей среды и физико-химических свойств обрабатываемого материала.

Выбор правильной температуры цилиндра определяется путем подбора с учетом всевозможных термических изменений, скорости циркуляции шнека и изменений в экструзивном процессе. Ускорение циркуляции шнека не всегда эффективно, с ней увеличивается усилие сдвига и, соответственно полимер быстрее расплавляется. Расплав, который меньше контактирует с нагретой поверхностью цилиндра, с меньшей вероятностью будет дополнительно охлаждаться. При установке нового винта в оборудовании требования к отоплению также меняются. Вы можете не сразу заметить необходимость корректирующих работ при настройке температуры.

Изношенные части экструдера также отрицательно влияют на температурное поле. Например: изношенный шнек и скопившаяся грязь на фильтровальных элементах. Когда противодавление увеличивается с увеличением скорости шнека, температура расплава увеличивается.

Правильный подбор температуры в зоне загрузки цилиндра в условиях минимальной нагрузки шнекового привода позволяет минимизировать колебания давления в головке экструдера.

Зоны нагрева

В месте, где полимерный материал гомогенизируется, температура должна соответствовать точкам его плавления. Данные значения обычно указаны в документации к материалу. Иногда температура материала должна быть значительно выше, чем указал производитель полимера в информирующих листах.





Если стандартные температурные значения, указанные производителем, не обеспечивают высококачественную экструзию, они должны будут регулироваться независимо.

Короткие экструзивные линии имеют 3-4 нагревательных зоны. Более длинные экструзивные установки часто характеризуются 5-6 зонами нагрева, очень длинные могут разделяться и на 10 нагревательных зон.

В одноступенчатом оборудовании, не имеющем дегазацию, температура в первой зоне и в начале второй регулируется в соответствии с температурой зоны загрузки шнека.

Температура в зоне гомогенизации должна регулироваться с учетом температуры в двух последних зонах нагрева. Переходные зоны должны иметь промежуточные тепловые значения. Температурные поля в областях терморегуляции имеют существенные различия, особенно это касается переработанных полимеров с разной маркировкой или разных винтовых конфигураций. Полукристаллические полимеры обрабатывают при температуре на 50-75 С выше значений плавления. Например, HDPE, расплавленный при 130 C, обрабатывается при 180 C или более. Разложившиеся полимеры обрабатывают при температурах, близких к плавлению. Аморфные пластики — при значениях на 100 С выше их температуры стеклования.

Низкие температуры в зонах цилиндра ухудшают стабильность и эффективность расплава материала, а чрезмерно высокие температуры приводят к разложению полимеров или проблемам в процессе охлаждения рукавной пленки.

Настраивание температурного профиля

Температуру расплава контролировать достаточно сложно, а иногда и бесполезно. В винтовом канале шнекового устройства всегда происходит падение значений температуры. Реально измерять температуру расплава можно только в одной точке. Но, стоит учитывать, что в то же время температура на остальных участках винтового канала имеет отличия. Лучше контролировать температуру, заданную металлическим корпусом. Ее легче стабилизировать. Контроль нагрева цилиндров осуществляется с помощью специальных датчиков. Реальное влияние температуры поверхности металла на обрабатываемый материал опосредовано. Но, в любом случае, необходимо создать стабильный температурный режим, выбранный для обработки существующей композиции. Фактически измеряется температура поверхности цилиндра; следовательно, период стабилизации фактического воздействия на расплав также следует принимать во внимание.

Экструдеры со шнеками одинаковой конфигурации, но с разными зонами нагрева требуют индивидуального выбора температурного режима. Интенсивный нагрев зоны загрузки шнека может происходить из-за высокого уровня сжатия или принудительного впрыска материала. И наоборот, холодный неуплотненный материал скользит по загрузочным стенкам и охлаждает цилиндр. Если охлаждение включается в одной из зон через короткие промежутки времени, то экструзия вызывает чрезмерное локальное нагревание в этой зоне. Здесь необходимо отрегулировать температуру потока нагревателей или заменить шнек более подходящим по конструкции. Иногда нужно действовать при более низких температурах, чем обычно характерных для перерабатываемого расплава. Причиной этому является сильный нагрев материала от сил трения и поперечных сил винта. В этом случае контроль температуры материала зависит от конструкции шнека и винтовых каналов. Это особенно четко наблюдается при использовании барьерного винта.

При использовании винтового шнека необходимы очень точные настройки. Стандартный экструдер с одним барьерным шнеком имеет зону загрузки, барьер и гомогенизацию. Всего в оборудовании должно быть 5 нагревательных секций.

Нагрев головки и переходной зоны должны соответствовать указанному производителю полимера. В зоне загрузки шнека температура должна достигать 50 С. Гранулы будут достаточно нагреты при выпуске в экструдер, но не будут слипаться.

Первая зона терморегуляции соответствует сегменту винта, на котором происходит внутреннее трение материала, трение с цилиндром и с самим винтом. Вот максимальный эффект на проталкивание твердого полимера. Основным условием является адгезия полимера к цилиндрической поверхности и его проскальзывание по шнеку. Для полиолефинов в этом сегменте температура установлена более чем на 150 C. Чем выше рекомендуется устанавливать температуру на выходе, тем выше она должна быть в первой зоне.

Во второй зоне температуру следует повысить до 50-80 С по сравнению с первой зоной. Здесь полимер не должен плавиться. Гранулы могут нагреваться от трения и от нагревателей, поэтому необходимо регулировать оставшиеся зоны. От второй зоны до дозировки температура должна быть последовательно снижена.

В отделении гомогенизации температура может быть в среднем на 10 C ниже, чем необходимо для определенного типа полимера. В переходных зонах и в головной части также уменьшается на 5-15 С соответственно. Такие температурные режимы особенно рекомендуются для барьерных шнеков, чтобы облегчить обработку определенных сортов линейного полиэтилена.

Для установки и поддержки правильных и равномерных температур на всех зонах экструдера необходимы высококачественные электронагреватели. Подобрать правильный тип нагревателя с необходимыми характеристиками и изготовить его под заказ для вашего оборудования помогут специалисты «Термоэлемент».




Возврат к списку


Задать вопрос