Az áteresztőképesség az a paraméter, amely meghatározza a lapextrudáló sor kereskedelmi életképességét. A csavar átmérőjű extrudálási kapacitása olyan speciális szempontokat foglal magában, amelyek eltérnek az általános extrudálási eljárásoktól. Túl kevés, és a downstream berendezés kapacitása alatt működik, ami csökkenti az árrést. Túl sok, és a hűtőhengerek nem tudják elég gyorsan megszilárdítani a lapot, ami a vonalsebesség csökkentését kényszeríti ki. A számítás középpontjában az extruder csavar átmérője áll – az egyetlen változó, amely a legközvetlenebbül korlátozza, hogy a gép óránként mennyi polimert tud feldolgozni. A csavar átmérőjének extrudálási kapacitása nem fix szám; ez függ a csavar sebességétől, a polimer tulajdonságaitól, a csavar geometriájától és az üzemi nyomástól. A változók közötti kapcsolatot az egycsigás extrudálás alapvető áramlási egyenletei írják le, amelyek a teljes kimenetet húzóáramra, nyomásáramra és szivárgási áramlási összetevőkre választják el. Ez a cikk elmagyarázza az extrudálási kapacitás számításai mögött meghúzódó elméletet, gyakorlati képleteket ad, és referencia-átbocsátási adatokat kínál az általánosan elterjedt lapextrudáló polimerekhez. Az extrudálási folyamat tágabb kontextusához lásd a következő útmutatót lapextrudálási technológia.
Az extruder kimenetének fizikája: vontatási áramlás, nyomásáramlás és szivárgási áramlás
Az egycsigás extruder teljesítménye három áramlási mechanizmus eredménye. A vontatási áramlás a csavar és a henger közötti relatív mozgás által előidézett előremenő mozgás. Ez arányos a csavar sebességével, a csatorna mélységével és a csavar átmérőjével, és a maximális elméleti teljesítményt jelenti.
A nyomásáramlás ellenkező irányba hat. Az extruder végén lévő szerszám ellenállást hoz létre az áramlással szemben, és nyomásgradienst hoz létre, amely a nagynyomású szerszám végétől az alacsony nyomású betáplálási vége felé visszafelé irányítja az áramlást. A nyomásáramlás arányos a nyomásgradienssel és a csatornamélység kockájával. A szivárgó áramlás a csavarrúd csúcsai és a henger fala közötti kis távolságon keresztül történik – jellemzően a csavar átmérőjének 0,1–0,15 százaléka –, és általában a teljes kibocsátás kevesebb mint 5 százalékát teszi ki.
A teljes térfogati kimenet a légellenállás mínusz a nyomásáram és a szivárgási áramlás. Egyszerűsített formában: Q = Q_drag - Q_pressure - Q_leakage . A gyakorlati következtetés az, hogy az extruder teljesítménye nem egyetlen szám, hanem a működési feltételek függvénye. Adott csavarsebességnél a kimenet a szerszámnyomás növekedésével csökken. A sekély csatornás csavar laposabb jelleggörbéje, ami azt jelenti, hogy a kimenete kevésbé érzékeny a szerszámnyomás változásaira; a mélycsatornás csavar nagyobb teljesítményű alacsony nyomáson, de a nyomás növekedésével élesebben esik.
A csavar átmérője és az áteresztőképesség skálázási törvénye
A csavar átmérője az átmérő négyzetével arányosan befolyásolja a kimenetet a légellenállási áramlási tagon keresztül. A csavar átmérőjének megkétszerezése négyszeresére növeli az elméleti teljesítményt. Egy 150 mm-es csavar a 100 mm-es csavar teljesítményének nagyjából 2,25-szörösét képes feldolgozni azonos csavarsebességgel. A méretezés nem tökéletesen négyzetes, mert a csatornamélység, a L/D arány és a megengedett csavarsebesség is változik az átmérővel. A nagyobb csavarok általában alacsonyabb fordulatszámon futnak, hogy fenntartsák ugyanazt a csúcssebességet, amelyet a polimer nyírási érzékenysége korlátoz.
A gyakorlati áteresztőképesség a közös átmérőtartományban durva méretezési útmutatót ad. Egy 65 mm-es egycsigás extruder feldolgozó PP 150-250 kg/óra sebességet képes szállítani. Egy 90 mm-es gép: 350-500 kg/óra. 120 mm-es gép: 800-1200 kg/óra. 150 mm-es gép: 1200-1800 kg/óra. A Az extrudálócsavar kialakítása Az LD-arány befolyásolja a gyakorlati áteresztőképességet: a hosszabb L/D nagyobb olvasztási kapacitást tesz lehetővé, nagyobb csavarsebességet tesz lehetővé, mielőtt az olvadás befejeződik.
Gyakorlati áteresztőképességi táblázatok közös lapos polimerekhez
A következő átviteli tartományok tipikus teljesítményt mutatnak a jól megtervezett egycsigás extruderek számára, amelyek 28:1 és 33:1 közötti L/D arányban dolgozzák fel a közönséges lemezes polimereket. Az értékek kiegyensúlyozott csavarkialakítást feltételeznek, megfelelő kompressziós aránnyal és a polimer keverési szakaszával.
Polipropilén (PP) lap:
65 mm: 150-220 kg/óra
90 mm: 320-480 kg/óra
120 mm: 750-1100 kg/óra
150 mm: 1100-1700 kg/óra
Polietilén (HDPE/LDPE) lap:
65 mm: 130-200 kg/óra
90mm: 300-450 kg/óra
120 mm: 700-1050 kg/óra
150 mm: 1050-1600 kg/óra
PET lap:
65 mm: 120-180 kg/óra
90mm: 280-400 kg/óra
120 mm: 650-950 kg/óra
150 mm: 950-1450 kg/óra
A keskenyebb feldolgozási ablak és a kétlépcsős szellőzőcsavar kialakítása miatt a PET átbocsátóképessége kisebb, mint a PP-é egyenértékű csavarátmérő mellett.
Polisztirol (PS) lap:
65 mm: 140-210 kg/óra
90mm: 310-460 kg/óra
120 mm: 720-1080 kg/óra
150 mm: 1080-1650 kg/óra
Ezek a tartományok adnak kiindulási pontot a vonalméretezéshez. A tényleges teljesítményt extrudálási kísérletekkel vagy részletes műszaki számításokkal kell ellenőrizni.
Az olvadékszivattyúk szerepe az extrudálási kapacitásban
Egy olvadékszivattyú – az extruder és a matrica közé telepített pozitív elmozdulású fogaskerék-szivattyú – leválasztja az extruder teljesítményét a szerszám nyomásától. Az extruder az olvadékszivattyút valamivel nagyobb sebességgel táplálja, mint a szivattyú alapértéke, állandó bemeneti nyomást fenntartva. A szivattyú precíz térfogati teljesítményt mér a szerszámba, függetlenül a szerszám nyomásának ingadozásától vagy a szitacsomag terhelésétől.
Olvadékszivattyúval az extruder alacsonyabb, állandó ellennyomással szemben működik, és a szivattyú átveszi a nyomásképző funkciót. Ez lehetővé teszi, hogy a csavart nyomásképzés helyett olvasztási hatékonyságra tervezzék. A szivattyú teljesítménye szinte független a nyomástól, így a szerszám ellenállásának változásai nem befolyásolják a szerszám tömegáramát. Az eredmény egyenletesebb lemezvastagság, különösen az indítás és a folyamatváltás során. Olvadékszivattyúval ellátott vezetékeknél az extrudert általában úgy méretezik, hogy a szivattyú névleges teljesítményénél 10-15 százalékkal nagyobb teljesítményt adjon. A A szervomotor szabványos motoros extrudáló meghajtásának kiválasztása az extruderhez és az olvadékszivattyúhoz egyaránt befolyásolja a sebességszabályozás pontosságát és a vonal energiahatékonyságát.
A csavar átmérőjének és a mellékelt berendezésnek megfelelő
A későbbi berendezéseket – a kalanderveremet, a vastagságmérőt és a tekercselő- vagy vágóállomást – úgy kell méretezni, hogy az extruder kimenetét a kívánt vonalsebességgel kezelje. Adott lemezszélesség, vastagság és polimersűrűség esetén a szükséges vonalsebesség az extruder teljesítménye osztva a lemez keresztmetszeti területével és az olvadéksűrűséggel. Ha a számított vonalsebesség meghaladja a kalanderhengerek vagy a csévélő maximális sebességét, az extruder túlméretezett. Ha a vezeték sebessége kisebb, mint az alsó berendezés minimális stabil sebessége, akkor az extruder alulméretezett.
A kalanderhenger hűtési kapacitása egy másik korlát. A lemezről eltávolítandó hő az áteresztőképesség, a polimer fajhője és az olvadékból a szilárd állapotba való hőmérséklet-esés szorzata. Ha a tekercshűtőrendszer ezt a hőt nem tudja a kívánt sebességgel eltávolítani, a lemez a lágyuláspontja felett lép ki a kalanderből, ami ragadást vagy deformációt okoz.
Az adott átviteli célhoz megfelelő csavarátmérő kiválasztása elkerüli az extrudálósor alul- vagy túlméretezésének gyakori csapdáját. A JWELL részletes áteresztőképesség-számításokat és kapacitás-előrejelzéseket biztosít a vonalspecifikációs szakaszban, segítve az ügyfeleket a 65 mm és 200 mm közötti csavarátmérők kiválasztásában a polimer típusa, a célteljesítmény és a későbbi feldolgozási követelmények alapján – ez a konzultációs megközelítés biztosítja, hogy a kiválasztott berendezés megfeleljen a jelenlegi termelési igényeknek és a jövőbeni növekedési céloknak.
GYIK
Hogyan számítják ki az extrudálási kapacitást a csavar átmérőjéből?
Az egycsigás extruder elméleti teljesítményét a légellenállási egyenletből számítjuk ki: Q = (1/2) * pi^2 * D^2 * N * H * sin(phi) * cos(phi), ahol D a csavar átmérője, N a csavar sebessége fordulat/másodpercben, H a csatornamélység a mérési zónában, és a phi a csavar spirálszöge. A tényleges kimeneti sebesség az elméleti ellenállási áramlás mínusz a nyomásáram és a szivárgási áramlás, amelyek a szerszám nyomásától, az olvadék viszkozitásától és a repülési távolságtól függenek.
Mi a kapcsolat a csavar sebessége és a kimenet között?
Elméletileg az extruder teljesítménye egyenesen arányos a csavar sebességével. A gyakorlatban az összefüggés megközelítőleg lineáris, de nem teljesen arányos. Nagyon alacsony csavarsebességeknél a nyomásáram-komponens a húzóáram nagyobb hányada, és a kimenet a lineáris vetület alá esik. Nagyon nagy csavarsebességeknél a csiga adagolókapacitása korlátozhatja a hengerbe jutó anyag mennyiségét, és a kibocsátás platós vagy akár csökkenhet is. A maximális fordulatszám 30-80 százaléka közötti normál működési tartományon belül a kimenet nagyjából lineáris a csavarfordulatszámmal.
A nagyobb csavarátmérő mindig nagyobb teljesítményt jelent?
Igen, a kimenet a csavar átmérőjével növekszik, körülbelül az átmérő négyzetével. A maximális gyakorlati áteresztőképességet azonban korlátozza a csiga olvasztóképessége, az utánfutó berendezés hűtési kapacitása, valamint a kalander és csévélő maximális vezetéksebessége is. A nagyobb csavarátmérő csak akkor jelent nagyobb teljesítményt, ha a teljes vonal úgy van méretezve, hogy kezelje a megnövekedett áteresztőképességet.
Hogyan befolyásolja az olvadéksűrűség a kimeneti számítást?
A légellenállási egyenletből számított térfogati kibocsátást tömegkibocsátásra kell konvertálni a polimer feldolgozási hőmérsékleten mért ömledéksűrűségével. Az olvadék sűrűsége a hőtágulás miatt kisebb, mint a szilárd anyag sűrűsége. A PP esetében az olvadéksűrűség 230 Celsius-fokon körülbelül 0,75 g/cm3, szemben a 0,90 g/cm3 szilárdanyag-sűrűséggel. A szilárdanyag-sűrűség használata az olvadéksűrűség helyett körülbelül 20 százalékkal túlbecsüli a tömegtermelést. A pontos olvadéksűrűség értékek a feldolgozási hőmérsékleten nélkülözhetetlenek a helyes áteresztőképesség számításokhoz.
