Контроль нагрева в экструзии

14.09.2018

Сложность задачи

Каждая зона нагрева цилиндра экструдера имеет длину около 350-450 мм. На каждой из них можно задать определенную температуру. Стандартов по настройке правильной температуры не существует. Единственным условием есть создание на первой и иногда второй зоне температур близких к показателям, которые должен приобрести расплав на выходе. Подбор температуры зависит от особенностей полимера и конструкции шнека. Регулировка нагрева проводится в условиях эффективной теплоотдачи для предотвращения перегрева. Регулировку проводить непросто. Это связано с невозможностью контролирования нагрева расплава от сдвиговых усилий, которые развиваются шнеком, зависят от скорости подачи гранул и вариации тепловой проводимости вдоль цилиндра.

После стабилизации экструзивного процесса полимер разогревается еще и от внутренней силы трения и сдвига. Интенсивность выделения тепла зависит от строения шнека, давления развитого в головке и вязкости полимерного расплава.

На некоторых участках оборудования температура может превышать максимальные значения. В таком случае нужно охлаждение.

ekstruziya.jpg

Терморегуляторы

Коррекция температуры в цилиндре и головке проводится в импульсном режиме, за счет специальных предварительно запрограммированных контроллеров. Такие устройства обеспечивают сохранение электроэнергии и повышают длительность эксплуатации нагревателей.

Время работы нагревателя контролируется, а период их разогрева не изменяется. Чтобы нагрев был равномерным важно перед запуском оборудования проверять работу и целостность нагревателей. Оператор должен проверять каждый элемент отдельно.

Каждому экструдеру необходим свой температурный режим для качественного нагрева. Температурное поле подходящее одному виду оборудования на другом будет нецелесообразным. Это касается даже однотипных установок. Причиной является неодинаковое погружение датчиков в цилиндр. На одном устройстве термопара может быть установлена неглубоко, а в другом помещена на максимальную глубину. В таких случаях, даже если полностью откорректировать все показатели нагрева температура все равно будет разной. Если вставить в гнездо стенки цилиндра термопару на половину глубины, то внешняя стенка цилиндра будет соответствовать измерительным данным термопары, но лишь в том случае, когда не будут инициироваться нагрев или охлаждение. При переходе терморегулятора в охладительный режим, внутренняя поверхность цилиндра будет значительно теплее, чем задаваемая температура. А в случае режима нагрева – наоборот.

Влияние шнека

Температурное поле цилиндра зависит еще и от создаваемого давления в головке экструдера, степени износа шнека и цилиндра, окружающих условий и физико-химических свойств обрабатываемого материала.

Подбор правильной температуры цилиндра определяется методом проб, беря во внимание изменения температуры, скорость вращения шнека и изменение процессов экструзии. Увеличение скорости шнека не всегда эффективно. С увеличением скорости оборотов шнека увеличивается сдвиговое усилие, и соответственно, повышаются температуры плавления полимера. Расплав, проводя меньше времени в контакте с разогретой поверхностью цилиндра хуже поддается дальнейшему охлаждению. При установке нового шнека в оборудование изменяются и требования к нагреву. Заметить необходимость коррективных работ в настройке температуры можно не сразу.

Изношенные детали экструдера также негативно влияют на температурное поле. Например: изношенный шнек и накопившаяся грязь на фильтрах. С ростом противодавления при увеличении скорости оборотов шнека температура расплава возрастает.

Правильный подбор температуры в зоне загрузки цилиндра в условиях минимальной нагрузки шнекового привода дает возможность минимизировать вариации давления в головке экструдера.

Зоны нагрева

На участке, где происходит гомогенизация полимера, температура должна соответствовать температурам плавления полимера, которые в технической документации указывает его производитель. Но, в некоторых случаях температура материала на выходе может иметь значительно высшие показатели.

ekstruziya2.jpg
Если стандартные температуры указанные поставщиком не обеспечивают качественный процесс экструдирования, их придется корректировать самостоятельно.

Короткие экструдеры (с соотношением L/D от 24:1 до 26:1) имеют 3-4 зоны нагрева. Более длинные установки (с соотношением L/D 30-32:1) зачастую имеют 5-6 зон нагрева, очень длинные (с соотношением L/D 34:1 и более) могут иметь и до 10 нагревательных зон.

В одноступенчатых экструдерах без функции дегазации температуру в первой зоне и на начале второй настраивают в соответствии температуры зоны шнековой загрузки.

Температуру в зоне гомогенизации нужно регулировать, беря во внимание температуры на двух последних зонах нагрева. Зоны перехода должны иметь промежуточные термические значения. Температурные поля на участках терморегулирования имеют значительные отличия, особенно есть обрабатываются полимеры разных маркировок или используются разные конфигурации шнеков. Полукристаллические полимеры обрабатываются при температуре на 50-75°C выше значений плавления. Например, ПЭНД плавящийся при 130°C обрабатывается при 180°C и более. Разлаживающиеся полимеры обрабатывают при температурах приближенных к плавлению. Аморфные пластики – при значениях на 100°C выше температуры их стеклования.

Заниженные температуры на участках цилиндра ухудшают стабильность и эффективность расплавки материала, а излишне высокие приводят к разложению полимеров или к проблемам в процессе охлаждения пленочного рукава.

Настройка температурного профиля

Контролировать температуры расплава затруднительно, а в итоге даже бесполезно. В винтовом канале шнека всегда наблюдается перепад температурных значений. Измерять температуру расплава реально лишь в одной точке, а в то же время на остальных участках винтового канала температура разниться. Контролировать лучше отдаваемую температуру металлическим корпусом. Ее и стабилизировать проще. Контроль нагрева цилиндра проводится с помощью специальных датчиков. Реальное воздействие температуры металлической поверхности на обрабатываемый материал опосредовано. Но, в любом случае необходимо создать стабильный режим температуры выбранной для обработки имеющейся композиции. Фактически измеряется температура поверхности цилиндра, поэтому следует еще и учитывать период стабилизации реального воздействия на расплав.

ekstruziya3.jpgЭкструдеры со шнеками одинаковой конфигурации, но с разными зонами нагрева требуют индивидуального подбора температурных режимов. Интенсивное нагревание загрузочной зоны шнека может происходить из-за высокого уровня сжатия или принудительного внесения материала. И наоборот, холодный неуплотненный материал проскальзывает по стенкам загрузки и охлаждает цилиндр. Если на одной из зон с короткими интервалами включается охлаждение, то экструдирование генерирует излишний местный нагрев на этой зоне. Здесь нужно отрегулировать температурную подачу нагревателей или заменить шнек на более подходящий по конструкции. Иногда нужно воздействовать более низкими температурами, чем принято для расплава. Причиной этому является сильный нагрев материала от сил трения и сдвиговых усилий шнека. В таком случае управление температурой материала зависит от конструкции шнека и винтовых каналов. Особенно четко это наблюдается при использовании барьерного шнека. 


При использовании барьерного шнека нужны очень точные настройки. Стандартный экструдер с одним барьерным шнеком имеет зону загрузки, барьерную и гомогенизирующую. Всего на оборудовании должно быть 5 участков нагрева.

Нагрев головки и переходного отдела должны соответствовать показателям указанным производителем полимера. В районе загрузки шнека температура должна достигать 50°С. Гранулы будут достаточно прогретыми при попадании в экструдер, но не будут слипаться.

Первая зона терморегуляции соответствует отрезку шнека, на котором происходит внутреннее трение материала, трение с цилиндром и с самим шнеком. Здесь оказывается максимальное воздействие на проталкивание твердого полимера. Главным условием является прилипание полимера к цилиндрической поверхности и его проскальзывание по шнеку. Для полиолефинов на данном отрезке задается температура более 150°С. Чем выше рекомендуется задавать температуру на выходе, тем большей она должна быть на первой зоне.

Во второй зоне температура должна быть на 50-80°С быть поднятой сравнительно с первой зоной. Здесь еще полимер не должен плавиться. Гранулы могут набирать тепло от трений и от нагревателей, следовательно, остальные зоны нужно корректировать. От второй зоны до дозировки температура последовательно должна снижаться.

В отделе гомогенизации температура может быть в среднем на 10°С ниже, чем необходимо для определенного вида полимера. В переходных зонах и в отделе головки также идет снижение на 5-15°С соответственно. Такие режимы температур специально рекомендованы для барьерных шнеков с целью облегчения обработки некоторых марок линейных полиэтиленов.

Настройка температурных режимов цилиндра процесс непростой. Учитывать нужно не только вид обрабатываемого сырья, но и особенности имеющегося оборудования. Подобрать подходящий тип нагревателя для вашего экструдера помогут высокопрофессиональные специалисты «Электронагрев».


Последние статьи:

Применение трубчатых и сухих нагревателей для медицинского оборудования
Промышленный нагрев
Применение трубчатых и сухих нагревателей для медицинского оборудования
Оборудования для медицинских учреждений должно быть отличного качества, повышенного уровня безопасно...
22-04-2019
Примение сухих ТЭНов для промышленных бойлеров
Промышленный нагрев
Примение сухих ТЭНов для промышленных бойлеров
Для нагрева воды в бойлерах обычно используют трубчатые электронагреватели двух типов – так называем...
21-04-2019
Применение сухих тэнов в гальванических ваннах
Промышленный нагрев
Применение сухих тэнов в гальванических ваннах
Производители прибегают к гальваническим процессам, чтобы повысить износостойкость изделий и защитит...
16-04-2019

Возврат к списку


Задать вопрос