ТЕМАТИЧЕСКИЕ НОМЕРА

В сфере производства профилей на передний план выходят вопросы повышения производительности и снижения уровня образования отходов.

Однако при повышении скорости производства пластиковых профилей часто происходит деформация, особенно в случае сложных и полых форм с различной толщиной стенок, древесных/пластиковых композитов или вспененных профилей. Для предотвращения деформации в профилях важно осуществлять охлаждение профиля более равномерно – контролируя теплопередачу, чтобы тонкие участки не охлаждались до того как толстые участки смогут рассеять тепло. Способ рассеивания тепла из материала – это вопрос из области теплопроводности материала и его толщины. По мере затвердевания внешней оболочки профиля она изолирует внутренний материал от охладителя. В случае толстых стенок вопрос охлаждения усложняется.

Теплопроводность полимера – это результат умножения его плотности на его способность проводить тепло. Теплопроводность PVC составляет 0.051, PP –0.075, HDPE – 0.16. Чем выше цифра, тем медленнее теплопроводность. Таким образом, для профилей из PE требуются резервуары на 20-30% длиннее, чем для PVC, поскольку PE остывает медленнее. Большое значение имеет выбор полимера и наполнителя.

Методы охлаждения включают в себя воздушные стенды, водяные резервуары и распылительные резервуары. Самым простым и медленным способом теплопередачи является воздушное охлаждение. Воздух обладает лишь 1-10% охлаждающей способности воды, поэтому снижается вероятность неравномерного охлаждения, деформации и изгиба профилей. Стандартная скорость выработки при использовании воздушного охлаждения – менее 250 фунтов в час для материалов наподобие поликарбоната, жесткого PVC и PS.

Стандартная длина воздушного стенда с шаблонами или контурными направляющими, которые поддерживают профиль во время охлаждения, составляет 10-20 футов. Захваты, гнутая проволока, зажимные устройства и другие механизмы также помогают поддерживать и направлять профиль. На протяжении первых 10 футов обычно используются патрубки для продувания воздуха на определенных участках профиля; на последних 10 футах осуществляется более обычное воздушное охлаждение с применением нагнетателей над профилем и под ним.

Охлаждение профиля путем погружения его в водяной резервуар более осуществляется быстрее, однако в этом случае вокруг профиля создается зона нагретой воды, осложняющая теплопередачу. Решение заключается в устранении этого изолирующего слоя горячей воды встряхиванием. Чаще всего в углах резервуара можно установить водораспределительные системы. Если в результате этого возникает деформация, то иногда это помогает повысить общую температуру воды и замедлить теплопередачу. В таком случае необходима система по контролю температуры, которая обычно включает в себя водяной насос, фильтр, теплообменник и клапанную систему для контроля впуска охлажденной воды.

В современном процессе экструзии профилей обычно применяются калибровочные столы, длина которых может быть 30 футов или более. Они устанавливаются перед водяным резервуаром для погружения с контурными направляющими под низким вакуумом. В некоторых случаях эти резервуары могут быть более 10 футов длиной. Если использовать более длинные резервуары, то вероятность появления деформаций минимизируется. Однако, большой ценностью обладают также оборудование и свободная площадь пола, и даже длинные резервуары могут не ускорять производство в достаточной степени. По мере того как скорость экструзии возрастает, и технологи  отрывают процессы от поверхности пола, они вынуждены искать более эффективные средства теплопередачи при помощи водораспылительных резервуаров.

Преимущество распылительного охлаждения заключается в эффективной теплопередаче. Практически микроскопические капли воды, вылетающие из распылительных сопел попадают на экструдированный профиль, температура которого составляет 100 градусов по Цельсию или больше.

Испаряющееся оросительное охлаждение наиболее эффективно в тех случаях, когда брызги направляются прямо на экструдат в момент, когда он заходит в резервуар, и его температура наиболее высока, на расстоянии первого дюйма или около того после того, как материал выйдет из головки экструдера. Если установлены устройства сухой калибровки, то эффекта испарения практически нет. После того, как температура поверхности экструдата упадет ниже 100 градусов по Цельсию, капли воды перестают превращаться в пар. Но даже при более низкой температуре потенциал оросительного охлаждения по-прежнему на 10-20% больше, чем у охлаждения погружением в воду, поскольку капли покрывают большую площадь поверхности и благодаря турбулентности капель.

Охлаждение погружением удаляет тепло быстрее, чем воздух, а охлаждение орошением делает это еще быстрее, благодаря чему повышается вероятность деформации сложных профилей. Для некоторых твердых или нерегулярных профилей фактическое решение может заключаться в замедлении теплопроводности.

Например, во время охлаждения профилей из твердого PVC при помощи высокотурбулентных оросительных резервуаров и правильно подобранных по размеру систем циркуляции воды ранее всегда использовалась охлажденная вода с температурой 10-20 градусов Цельсия. Однако, лучшим решением, возможно, было бы выдержать воду в первом резервуаре до температуры 40-80 градусов Цельсия. Таким образом, тепло отводится медленнее, и поверхность профиля не замерзает мгновенно. Система контурных направляющих также может быть установлена в оросительном резервуаре, чтобы направлять капли на более толстый участок и оптимизировать процесс охлаждения. Затем, по мере продвижения профиля по линии, можно постепенно снижать температуру воды и завершить процесс охлаждения.

Калибровочное оборудование можно спроектировать с независимой системой управления температурой воды. Процесс, для работы которого обычно требуется три инструмента сухой калибровки длиной 8-12 дюймов, с легкостью оптимизирует температуру на каждом участке, как это в стандартном режиме осуществляется в процессе экструдирования пенных профилей. На таком уровне контроля температуры также возможна высокая степень повторяемости процесса, когда будет проводиться настройка следующего цикла.

Также внутри устройства калибровки можно создать температурные зоны с независимым управлением – например верхние, нижние и даже боковые зоны – для ускорения отвода тепла от профилей самых сложных форм.

www.newchemistry.ru