通过水、空气和冷却辊,可以通过多种方式冷却挤出的塑料。急冷辊冷却是最容易定义的冷却计算,但是在选择板材用的辊筒叠层时,我仍然看到很大的歧义。


对于片材挤出,通常会出现一些三辊垂直堆叠的几何变化,可能还会有一些额外的辊用于接触时间较短的超高速生产线。在片材中,由于聚合物具有较小的接触面积,因此顶辊仅具有较小的冷却效果。

如何为板材选择合适的冷却堆叠?要考虑这四个方面

像这样的J-Stack设计通常用于PET、PETG、PS和PP。


在为您的应用选择正确的纸叠时,要考虑四个主要方面:整体冷却能力,要加工的产品,机械性能和辊的内部设计。仅考虑冷却能力,顶辊在那里设置薄板厚度及其均匀性。通常,少于10%的卷材与塑料接触,从而最小化了传热面积。中间辊进行大部分冷却,因为中间圆周的大约一半被聚合物覆盖,塑料在那里最热,从而最大程度地将热量传递到冷却的辊上。第三辊还具有与塑料接触的圆周的50%或更多,但是由于塑料中的大量热量进入中间辊,因此第三辊的传热率通常要低得多。然而,由于第三辊冷却了与中间辊相对的纸张的一面,因此对于较厚的纸张而言更有效。热量在纸张上移动需要时间,纸张越厚,在一个特定的纸卷上提取的百分比就越低。

如何为板材选择合适的冷却堆叠?要考虑这四个方面

根据不同的聚合物性能,对于合适的辊型上浆有相当多的考虑。也就是说,没有万能辊组。轧辊的冷却效果随聚合物类型、轧辊设计和冷却剂的不同而不同。我将在这篇文章中坚持聚合物的差异,因为它们对冷却有显著的影响。传热速率、比热和熔体温度是决定冷却速率的主要因素。


让我们来考虑一下流水线加工HIPS和流水线加工HDPE的比较,两者的熔体温度都是375华氏度,出口温度都是120华氏度。所以在这两种情况下,375-120 = 255华氏度,但如果你把它乘以聚合物的比热,结果是完全不同的。


HIPS: 255 F × 0.32 BTU/lb-°F = 81.6 BTU/lb


HDPE 255 F × 0.55 BTU/lb-°F = 140.3 BTU/lb


在相同的输出速率(lb/hr)下,HDPE的热量要多出72%。然而,HDPE的传热速率是HIPS的两倍以上。因此,即使有更多的热量与高密度聚乙烯转移,它通过薄片超过两倍的速度从聚合物到轧辊表面。虽然这意味着可以以相似的速度冷却这两种聚合物,但高密度聚乙烯需要更多的冷却剂来实现这一目标。


现在我们来比较一下HDPE和PP:


PP: 255 F × 0.52 BTU/lb-°F = 132.6 BTU/lb


HDPE: 255 F × 0.55 BTU/lb-°F = 140.3 BTU/lb


它们的热含量非常接近(0.55 vs. 0.52 BTU/lb-°F),但PP的传热速率是HDPE的60% (0.15 vs. 0.09 BTU/Ft-Hr-°F)。这意味着在相同的输出、轧辊温度和熔体温度条件下,要使PP获得与HDPE相同的出口温度,轧辊将多花60%的时间。


除了这些特性,当以磅/小时为基准进行比较时,熔体密度也会起作用。在HIPS与HDPE的情况下,HIPS熔体的密度比HDPE高33%,因此热量有更短的传播距离,消除了HDPE在传热率方面的一半优势。在PP/HDPE的比较中,PP的熔体密度略低于HDPE,使热量的传播距离略大,使比较恶化。


传热速率、比热和熔体温度是决定冷却速率的主要因素。


由于聚合物的热性能不同,没有“通用”的轧辊冷却设备。甚至聚合物的熔体密度也会由于传热速率的不同而影响轧辊冷却的效果。当聚合物的热性能与机械要求、轧辊设计/尺寸和轧辊冷却系统相结合时,轧辊堆的选择就成为一个相当复杂的问题。


对于国外制造或二手设备而言,这可能尤其重要,因为在这些设备中,可能无法获得经验丰富的OEM专业知识。购买新设备或二手设备时,请确保有人可以根据您的确切应用评估轧辊冷却效果。


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