Зачем нужно измерять температуру?
Температура расплава напрямую связана со скоростью охлаждения, так как чем выше температура выходящего расплава, тем больше энергии требуется на охлаждение, а в ситуации, когда охлаждение ограничивает производительность (например, пленка, полученная экструзией с раздувом), она становится определяющей переменной. Она также связана с вязкостью при выходе расплава из пресс-формы; более горячий расплав обладает меньшей вязкостью, он более тонкий и жидкий. Таким образом, температура расплава имеет отношение к его характеристикам (мера провисания, прилипания, выдержки). Для некоторых пластмасс температура расплава определяет внешний вид, особенно, глянец. Она также связана с возможностью деструкции – результат температуры времени х, который может привести к возникновению желатинизации, черных точек и/или необходимости прерывать процесс экструзии для вычистки материала. Наконец, в определенных продуктах (пенопласты, полимерная сетка, реакционная экструзия) химическая реакция происходит в экструдере или сразу после выхода, и скорость практически всех реакций зависит от температуры. Например, если пеноформирующий расплав слишком долго будет оставаться слишком горячим, пузырьки окажутся крупнее предусмотренного размера, но если расплав нагрет недостаточно, количество пузырьков окажется значительно меньшим, если они сформируются вообще. Где и как измерять?
Эти два вопроса взаимосвязаны, так как место определяет способ замера. Обычным местом замера является держатель между сетками/решеткой и пресс-формой. При этом используется термопара, чувствительная поверхность которой погружается на 6-12 мм в струйное течение. Поверхности могут быть закрытыми или открытыми: при открытых узлах процесс происходит быстрее и точнее, но они быстро разрушаются, поэтому зачастую защищенные поверхности являются предпочтительными. Еще лучше производить замер непосредственно из пресс-формы, но при этом проба может оставить отметину на продукте, поэтому такой способ применяется редко.
Еще одно общепринятое место замера при помощи комбинированного датчика температуры и давления – на конце шнека, но такой способ не очень надежен, так как сенсор находится внутри датчика давления и, таким образом, он вместо погружения в текущий расплав подвергается воздействию окружающего металла. Определить этот способ всегда можно по двум проводам, выходящим из датчика: один, представляющий собой стандартный двухлучевой температурный провод, и другой, отходящий в цилиндр датчика.
Иногда в качестве дополнения к методу пробы расплава, или даже в качестве альтернативы ему, температура замеряется при помощи инфракрасного датчика на выходе из экструдера. Такие датчики внешне похожи на пушки, и их иногда называют ИК пушки, но их действие противоположно пушечному выстрелу: они не производят излучение, а получают его. В продаже имеется множество ручных устройств с различными углами датчика. Наиболее дорогостоящие включают небольшой угол: угол 9,5º дешевле, чем угол 4,8º и так далее. Некоторые оснащены лазерным пятном, указывающим центр области замера, но на близком расстоянии это пятно оказывается вне центра. Инфракрасные датчики лучше всего подходят для плоских поверхностей, но их также можно надежно использовать на круглых поверхностях, таких как труба, путем медленного передвижения датчика по ширине трубы (горизонтальная экструзия = вертикальное движение) и наблюдения за самым высоким показателем. Они точно настроены на определенную эмиссионную способность, но не дают результатов при сравнительной проверке.
Альтернативой ИК датчику является игольчатый пирометр, который представляет собой термопару в форме толстой иглы, которая втыкается в расплав в пресс-форме. Этот замер является «деструктивным», так как он затрагивает и повреждает продукт, но при осторожном подходе он позволяет проводить непрерывный процесс, когда теряется лишь незначительный фактически затронутый участок, который может быть вырезан и переработан с другими отходами.
Некоторые операторы умеют использовать в качестве датчика температуры контроллер держателя: они меняют настройки управления, чтобы на мгновение включить нагреватель, который затем остается выключенным в течение всего цикла контроллера (например, 12 секунд). Это целесообразный способ замера температуры расплава у стенки, но температуру внутри расплава, которая может существенно отличаться от пристенной температуры, при этом замерить невозможно. Температуру внутри расплава можно определить при помощи термопар переменной глубины, относительно дешевых и подходящих к той же резьбе гнезда, что и другие термопары. Но такие термопары легко выходят из строя, поэтому при использовании с ними следует обращаться исключительно осторожно.
Среди других операторских «фокусов» определения температуры расплава можно перечислить наблюдение за парами/дымом от выходящего расплава или степенью прилипания к охлаждающим валкам или устройствам. Хотя эти способы очень полезны, они ограничиваются конкретными материалами и оборудованием, их трудно передать молодым операторам или инженерам. Температура нагрева в местах срезов
Показания термопары расплава всегда на несколько градусов отличаются (выше) от реальной температуры, так как поток расплава нагревает пробу при трении. Такая погрешность может составлять до 10ºС в зависимости от вязкости расплава и скорости потока. Как правило, такие погрешности не учитываются, поскольку большинство экструдеров интересуют не абсолютные, а сравнительные показатели, но при таких химических реакциях, как перекрестное сшивание или пенообразование, могут потребоваться более точные данные, поэтому необходимо узнать температуру нагрева в местах срезов. Сделать это достаточно просто: перед самым закрытием агрегата следует остановить шнек, не снижая скорости или условий барабана, и зафиксировать снижение температуры расплава в течение первых 10-20 секунд или до тех пор, пока она снова не начнет выравниваться. Рекомендация по технике безопасности: перед повторным пуском установите регулятор частоты вращения на нулевую отметку либо не производите повторный пуск совсем. Принцип в том, чтобы избежать повторного пуска на полной скорости – на многих аппаратах установлен блокиратор для предотвращения подобной ситуации. Ведение записей
Температура расплава должна быть составляющей частью стандартного процесса учета, но так как она меняется очень медленно, во многих случаях ее не принимают во внимание. В таких случаях очень полезными оказываются данные, полученные при помощи компьютера, который постоянно «ведет наблюдение» и записывает показания. Но преимущество также может стать проблемой: поскольку компьютер ведет непрерывную запись данных, оператор может не посмотреть на датчик или распечатку и упустить изменения, которые в другой ситуации могли оказаться важными. Систему можно запрограммировать на подачу аварийного звука или света, если температура расплава выходит за предусмотренные пределы, но это делается крайне редко. Аллан Грифф
http://www.omnexus.com |
