控制熔体温度,实现优质挤出

作者:独立咨询顾问 John R. Myers 文章来源:PT塑料网 发布时间:2018-04-08
在吹膜生产线中,温度区域设置经常被误解和调整不当。这常常导致薄膜质量差和产量降低。本文介绍了如何在吹膜生产过程中控制熔体温度,实现优质挤出。

在吹膜生产线中,温度区域设置经常被误解和调整不当。这常常导致薄膜质量差和产量降低。

在任何挤出讨论中首先提到的参数之一是熔体温度。这是指唯一、确切的熔体温度,而不是一些远离塑料熔体流的钢的温度。所有其他的温度要么帮助形成该温度,要么由它来决定。你的熔体温度读数准确吗?你的区域温度设置正确吗?坏的信息要比没有信息好吗?在挤出过程中,目标是在螺杆梢部产生一个均匀的熔体温度。在那一刻,熔体被剪切、加热、熔融和泵送。然后,它被强制通过一个滤网叠,其温度很快就被测量出来。试图在模头接套、转子或模头中均匀冷却熔体将是无用的,而且会导致模头中出现多个熔体温度。

平齐尖梢式熔融热电偶,或者集成到压力表中的热电偶,更多的是测量钢的温度而不是塑料熔体温度。如果你要校验,请确认热电偶所在的温度区域,并注意熔体温度和该区域的温度。即刻将这个区域的温度升高约17℃,在该区域温度稳定后,如果熔体温度保持不变,则熔融热电偶正在读取塑料熔体的温度。如果熔体温度大幅度增加,那么热电偶正在读取热电偶尖梢周围大部分钢的温度。所显示的熔体温度升高的数值会让你知道你的熔体指示有多大的错误。

热电偶

一根热电偶

塑料在一根接套管中的流动通常呈抛物线状,较热的物料在中间流动,较冷的物料在其周围。还要注意的是,塑料熔体是一种粘性很强的粘性材料,就和许多人想象的一样,不会像水一样流动。由于接触钢的塑料颗粒不移动,靠近钢的塑料粒子几乎不移动,因此大部分的流动总是汇集到阻力较小的中心;并且没有水管里的水流动快;也不能很好地混合,多层模头即是例证——模头内的多种塑料材料发生了熔合而并不是混合。

一个热电偶应伸入到圆形流腔中,达流腔直径的约1/3,来测量塑性流体的平均温度。1/2in(约13mm)长的浸没式尖梢带有1/8in(约3mm)直径的探针,它对于所有的模头接套都是实用的。其测量塑料的温度,几乎不受周围钢的影响。该热电偶比较小巧,能够快速反应感知各种原因所引起的温度变化。当锥形塑性体中的未熔化材料(断路器板后)在过冷启动过程中被推入到模头接套孔中时,1/2in(约13mm)长的浸没式尖梢不会像更长的尖梢那样较早的弯曲或断裂。

注意一些热电偶尖梢可以弯曲并且仍然能够工作。如果你拧开一个并沿着浸入式尖梢(20个螺纹/in)找到螺纹标记,那就是它弯曲的标志。鉴于尖梢可弯曲并不会折断的特性,平齐尖梢式热电偶受到许多人的青睐。如果一个1/8in(约3mm)直径的尖梢折断了,它将流入模头,在那里,它不可能通过最后的模唇(我已使折断尖梢可通过0.05in(约1.3mm)吹膜模头间隙,而不被人注意)。如果卡在模头间隙中,你可以从一条熔合线出现在膜泡中时分辨出。这时可能需要拆下模头中心帽将其取出。

机筒分段温度

对于以正常的生产速度运行的挤出机,其螺杆设计决定你最终的机筒分段温度而使树脂的熔融温度得到控制。值得庆幸的是,螺杆设计多年来已大大改善,从上世纪60年代开始采用Bruce Maddock公司的知名“Maddock混合器”。依赖水的机筒段冷却系统过去被吹膜生产线普遍采用,但是随着螺杆设计的进步,这些系统都不用了,取而代之的是更简单、更有效的风冷系统。机筒热量通常只需要使挤出过程运行。树脂颗粒的熔融主要靠高压下对它们的剪切。机筒冷却可能有助于控制温度,特别是在最高的出料量下,但是螺杆将主导这一过程。

在平滑内膛挤出机上,第一机筒段仍然保持较低的温度。这可以帮助树脂进料并减少进料段的热量,进料段的热量过高可能会导致物料粘到料斗下面热的螺杆螺纹上,进而阻断树脂到螺杆的流动。如果进料段没有水冷,则机筒热量会通过该段转移到推力轴承、润滑油和变速箱中,对机器不利。

最后一个机筒段通常会超过其温度设置,即使采用连续的空气冷却,试图降低熔体温度。显然,螺杆设计控制着这个区域的温度。此外,混合装置通常配置在此段。几乎所有的混合器都会剪切树脂,从而产生额外的热量。

机筒第二段和第三段可以用来在进料或熔融过程中辅助螺杆工作,但只有螺杆能将所有塑料颗粒熔融至一个均匀的温度。请记住,塑料是一种非常好的绝缘体,也是一种非常差的热导体。它不容易通过热传递来达到均匀的温度。如果你想知道螺杆自身设计所起的作用,就要等到所有的温度在生产环境中都稳定下来,并记录下所有的温度。然后关闭对机筒段的所有加热和冷却,当所有温度重新稳定时,观察分段温度和熔体温度。随后,只打开机筒冷却,再重复相同的观察。

机筒的温度控制往往是有限制的,你可以提高第二段的温度,并尝试帮助螺杆熔融塑料。随之而来的是,挤出机驱动电流和/或熔体温度下降。如果能监测挤出机的驱动电流和压力,你想尝试的任何事情几乎都不危险,除非你把机筒分段温度设置在安全工作温度以下,通过降低机筒温度来降低熔融温度。如果生产线因为任何理由停止或滴淌,你会降低该段的设置温度。待重新启动时,因为产生高的电流和压力,可能会损坏滤料网或折断螺杆。而有些操作人员并不了解这一点。

其他下游区

一旦确立了一个具有均匀和已知温度的熔体,就需要把它一路输送到模唇。在吹膜生产线中,常规系统和IBC系统中的风环零部件设计昂贵,它被用来均匀冷却周围的膜泡。从模头中流出熔体的温度将在很大程度上决定树脂冷却的速度和厚度。如果流出的熔体包含有多种温度,那就不可能产生一个前后一致的厚度分布。你可能会碰到暴筋、膜泡不稳定、系统不稳定,以及其他与之相关的问题。

Macchi薄膜i生产线

高质量的吹膜生产线,比如图中的Macchi生产线,都配有高科技风环和IBC设备,均匀冷却其周围的膜泡。也就是说,要生产出质量好的薄膜,从模头中出来的熔体温度必须是均匀的

应把区域控制热电偶尖梢定位在距离实际树脂流腔1/4in(约7mm)的地方,因为唯一要关心的温度是接触树脂的钢的温度。现代温度控制器在约0.5℃内稳定控制是没有问题的。

因此,理论上所有的下游流腔都应当处于熔融温度。然而这几乎是不可能实现的,因为这取决于热电偶的位置和可能存在的冷却器,以及转子、块料、模口等上面未加热的点。操作人员通常希望降低这些温度“以冷却熔体”,从而“运行得更快”。但是,不能把这些下游温度设置在低于熔体温度14℃以上,以获得从模头起前后一致的熔体温度,并且减少暴筋。

不管有没有已知的熔体温度测量装置,模头接套区域在室温下连续冷却并不少见,只因为该区域的温度控制器从不要求加热,或者加热少于10%的时间。在这种情况下,接套内部的热熔体显然在加热模头接套区域,从而冷却了一部分熔体流。除非这些较冷的熔体受到剪切和重新加热或者在模头螺旋中彻底混合,否则其将作为冷却器条纹出现在膜泡上,造成暴筋和不稳定。纠正这种错误的通用方法之一是减少出料量和减缓运行速度。如果不能纠正实际原因,你的利润将会受到损失。

关于作者

John R. Myers是一名具有50多年经验的挤出工程师,自1974以来他作为一名独立咨询顾问向全球吹塑薄膜行业提供服务。Myers曾帮助实施了7个吹塑薄膜生产项目,其主要工作是与现有工厂在培训、设计或工艺和技术改进上进行合作。

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