塑机用料筒加热圈的特性分析

作者:苏州锦珂塑胶科技有限公司 翟海波 陈明华 毕宏伟 文章来源:PT《现代塑料》 点击数:183 发布时间:2018-01-02
料筒加热圈的性能对塑化效果、产品质量、产出效率和生产成本等都有重要影响。本文采用一种自制测试设备,对目前市场中常见的4种料筒加热圈的热响应速度、温控精度、寿命和能耗等方面的特性进行了分析对比。
塑机用料筒加热圈的特性分析

塑料加工设备包括诸如注塑机、挤出机、吹塑机和中空成型机等在内的各种塑料机械(以下简称“塑机”),其技术能级决定了塑料制品的档次。通常,评价塑机及其部件的指标包括:效率、精度、使用寿命、能耗和安全性。本文针对塑机的关键部件——料筒加热圈,进行了综合的分析,并采用自制的测试显示装置,对目前市场上最常见的几种“料筒加热圈”进行了对比、分析,希望能为塑机制造企业和塑机使用企业提升产品质量、降低能耗提供借鉴和参考。

料筒加热圈的性能评价指标

料筒加热圈是塑机塑化系统中关键的温控执行部件,对塑料原料的塑化效果、产品质量、产出效率、能耗和生产成本都有重要影响。所以,在选用料筒加热圈时需要针对以下因素进行综合评价。

1.热响应速度

热响应速度是评价加热器优劣的重要指标,高响应速度意味着成型效率高,单位产出更大,单位成本更低,市场竞争力更强。

2.温控精度

温度会直接影响原料的流动性、塑化效果乃至制品的内、外在质量。精准的温控是高品质、高合格率和高附加值产品的必备条件。通常,料筒加热圈的温控精度要在±2℃范围内,一些高标准的在±1℃。

3.寿命

作为塑机中的重要发热部件,料筒加热圈发热体的温度越低,被氧化的程度越低,越不易老化,这就意味着发热元件寿命更长,更换频率更低,生产稳定,且维护成本也更低。

4.能耗

在满足工艺温度要求的前提下,同等加热功率的料筒加热圈,所消耗的电能越少,能耗越低,越符合未来低能耗、绿色制造的发展趋势。高效低能耗的料筒加热圈将拥有更大的发展潜力与机遇。

5.安全性

电气安全需完全符合国标要求,例如注塑机的设计,须满足GB22530-2008《橡胶塑料注射成型安全要求》 ,即在额定条件下,机筒外部防护罩表面温度≤70℃。
上述的几项因素再加上便捷的安装结构和适宜的价格,是塑机用户更新换代料筒加热圈的考虑方向和评价指标。

料筒加热圈的性能对比

为了比较目前市场中常见的几种料筒加热圈,笔者特制了测试对比装置,模拟塑机加工过程中料筒加热圈的工作状况,并对4种料筒加热圈技术——陶瓷加热圈、陶瓷加热圈+保温套、石英超导节能加热圈和纳米远红外加热圈,进行了对比分析。

此对比测试装置配备了采用KEBA触摸式显示屏的电脑控制系统,可实现高水准的PID机筒温度控制,具有可见的比较特性,如曲线、柱状图、比例及数值,并可观察加热圈发热体的发热状况,另外还可参照注塑机安全标准测试外壳表面温度,特殊匹配的4组K型热电偶可测试表芯温度以便检测温度梯度变化。  

对比测试装置

细节图

以下将从热响应速度、温控精度、寿命和能耗几方面,定性、定量分析比较这4种料筒加热圈的性能。

1.热响应速度比较

以相同功率将4个加热圈从室温升到220℃。陶瓷加热圈用时13:40;陶瓷加热圈+保温套用时14:55 ;石英超导节能加热圈用时08:40;纳米远红外加热圈用时11:10。由此数据可见,在同样功率的前提下,石英超导节能加热圈热响应最快。

升温曲线

2.温控精度比较

在240℃的设定温度下,正常生产。陶瓷加热圈温控精度为±5℃;陶瓷加热圈+保温套温控精度为±5℃;石英超导节能加热圈温控精度为±1℃;纳米远红外加热圈温控精度为±5℃。由此数据可见,石英超导节能加热圈温控精度最高。

温控精度曲线

3.发热体表面温度比较

在240℃的设定温度下,正常生产。陶瓷加热圈发热体表面温度约270℃;陶瓷加热圈+保温套发热体表面温度约270℃;石英超导节能加热圈发热体表面温度约200℃;纳米远红外加热圈发热体表面温度约370℃。由此数据可见,石英超导节能加热圈发热体表面温度低,温度梯度小,不需要很厚的隔热层,好处是不超温且散热快,材料适用性更广,符合国家安全标准。

测温点示意图

发热体表面温度曲线

4.热辐射光波比较

红外光穿透性强,可以高密度、高能量且高强度地对机筒进行加热,从而提高加热质量,缩短加热时间,节约能源。而在红外光波中,不可见光波的热效应远超于可见光。本实验的设定加热温度为240 ℃,采用相同的功率进行加热,经测试发现,陶瓷加热圈+保温套产生了可见光,纳米远红外加热圈同样产生了可见光,而石英超导节能加热圈无可见光,实现了远红外辐射加热,热效率最高。

5.寿命比较

发热体内部发热丝的可见发光越明显,温度越高,越容易老化、衰减,寿命短;反之,发热丝本体温度越低,可见发光越暗,温度越低,越不易老化、衰减,寿命长。此测试的设定温度为240℃,正常生产。石英超导节能加热圈其发热丝温度在500℃以下;陶瓷加热圈+保温套的发热丝温度为1000℃;纳米远红外加热圈的发热丝温度为1300℃以上。由测试结果可见:石英超导节能加热圈的发热体内部发热丝温度最低(500℃以下),不易氧化,无衰减,寿命长。

发热体内部发热丝温度升高后,颜色与本体温度变化

6.能耗比较

(1)升温能耗:设定温度为220℃,测试从50℃升温到200℃所用能耗。陶瓷加热圈耗能0.325kWh,用时8.1 min;陶瓷加热圈+保温套耗能0.346kWh,用时 8.9 min;石英超导节能加热圈耗能0.19kWh,用时6 min;纳米远红外加热圈耗能0.284kWh,用时6.6 min。可见,石英超导节能加热圈的升温能耗最低,与陶瓷加热圈相比节能42%,且升温速度最快,与陶瓷加热圈相比提升了27%。

(2)工作能耗:设定温度240℃,温度升到240℃持续加热30min后,开始测试接下来的15min所用能耗。陶瓷加热圈耗能0.28kWh;陶瓷加热圈+保温套耗能0.257kWh;石英超导节能加热圈耗能0.166kWh;纳米远红外加热圈耗能0.2kWh。可见,石英超导节能加热圈工作能耗最低,相比陶瓷加热圈节能41%。

KEBA电脑显示的升温能耗和工作能耗测试结果

结论

通过测试装置获得的结果,虽然在定量方面与实际塑机的真实生产状况存在一定差异,但在定性方面,完全可以判断:石英超导节能加热圈的综合性能最佳。未来,石英超导节能加热圈必将凭借其高效率、高精度和低能耗等特点,逐步成为市场的热点产品。

版权声明:版权归弗戈工业在线-PT塑料网所有,转载请与我们联系!