Как настроить оптимальную температуру экструзионного цилиндра

Современные экструдеры обычно имеют несколько разных зон, требующих определенной температуры нагрева, которую на основе имеющихся данных можно рассчитать самостоятельно. Регулирование температуры экструдера имеет значение для достижения качественного продукта, а также для хорошей производительности установки. На практике очень часто случается, что неоптимальные температурные характеристики являются причиной появления дефектов на изготовленной продукции  или снижения общей производительности оборудования.

Температуру различных участков цилиндра экструдера обычно пытаются рассчитать еще до начала нового этапа производства. Типичные проблемы, которые могут возникнуть из-за неоптимальных температур цилиндров, - это неоднородность расплава, проблемы с размерами продукта, искажения, слишком длительное время охлаждения, низкая производительность, провисание, черные пятна, плохие характеристики готового изделия, ухудшение качества материала, ухудшение механических свойств и многие другие. Чтобы избежать таких проблем часто приходится рассчитывать и регулировать температуру цилиндра во время работы системы, особенно при изменении каких либо производственных или общих условий.

Примерные ситуации, в которых регулировка температуры цилиндра необходима:

• Застывание материала на винтах;
• Проблемы с пропускной способностью, неподходящая под определенный материал скорость шнека;
• Изменения в составе сырья из-за плохого хранения (например: высокая влажность материала);
• Отсутствие предварительного разогрева материала перед обработкой;
• Засорение фильтров;
• Неравномерная температура окружающей среды и т.п.

Температура цилиндра должна контролироваться не только из-за риска возможной деформации конечного продукта. Во многих случаях изначально установленный температурный профиль является достаточным, но не оптимальным. Целевая оптимизация температур разных зон может повысить качество продукта и повысить надежность процесса или даже производительность оборудования.

Перед оператором может часто стоять такая задача, как индивидуальная настройка профиля температуры цилиндра во время работы системы в целях оптимизации. Но, из-за того, что оптимизация температур занимает очень много времени и может выполняться только с определенным количеством опыта, этой задачей оптимизации часто пренебрегают или не выполняют вообще. Особенно из-за того факта, что ухудшение параметризации во время продолжающегося производственного процесса может привести к появлению большого количества отходного материала, рвение оператора станка к оптимизации снижается.

Казалось бы, нужно всего лишь настроить и соблюсти разность температур между начальной настройкой в зоне запуска производства и настройкой температуры во время рабочего процесса.

Хотя первоначальная параметризация является абсолютно необходимой и в большинстве случаев также может быть взята из предписанных инструкций управления процессами производства или рекомендаций по переработке конкретного вида материала, оптимизация температурных значений часто рассматривается как бонус (так сказать, надстройка) и, следовательно, часто игнорируется.

Кроме того, часто случается, что первоначальная параметризация (даже если она была тщательно проработана в какой-то момент) не полностью соответствует реальной производственной ситуации из-за изменений или корректировок, которые не были внесены в рецептуру. Это создает ситуацию со скрытыми рабочими проблемами.

По разным причинам оптимальная установка температурных зон экструдера не является обязательной потому, что:

• Температура меняется настолько медленно, что зачастую четкой корреляции не выявляется;
• Температуры, отображаемые контроллерами, обычно не соответствуют фактическим значениям расплава, но (например) сильно зависят от положения датчика температуры в цилиндре (оператор машины должен знать свою систему);
• Обычно существует не менее 3-4, но иногда до 10 или более различных зон, которые влияют друг на друга посредством механизмов теплопередачи (современное оборудование приблизительно имеет около 4-6 зон).

Оптимизация температуры в конкретной зоне требует значительных затрат времени, поэтому такие процессы зачастую не используются на практике. Но, бывают ситуации, когда такие действия просто необходимы, и последовательность их знать будет полезным. В примере рассмотрим экструдер со стандартными 4 зонами.

Начальная параметризация температурных зон экструдера

Типичная процедура начальной настройки температурного профиля обычно основана на различных специфических для материала параметрах и выборе характерной кривой формы. Важными для конкретного материала значениями являются температура размягчения материала, температура стеклования (особенно для аморфных материалов), температура кристаллизации (для полукристаллических материалов) и температура обработки. Эти значения могут использоваться для получения различных точек отбора проб, которые затем могут быть дополнены в зависимости от выбранного курса температурного профиля.

Зона питания

Сначала мы рассмотрим температуру зоны подачи: в зоне подачи важно, чтобы пластик не расплавился, в противном случае может произойти перекрытие или закупоривание канавок. Кроме того, задачей зоны питания является выпуск воздуха из внутренней части экструдера. В зависимости от обрабатываемого материала этот воздух может содержать летучие компоненты, которые могут конденсироваться и загрязнять материал, если температура в зоне подачи слишком низкая.

По вышеупомянутым причинам здесь выбирается температура, которая значительно ниже температуры размягчения материала. Типичными значениями для зоны подачи при обработке стандартных термопластов считаются 20–60  C. Тем не менее, иногда намеренно устанавливаются более высокие температуры (60–95  C), особенно если необходимо уменьшить крутящий момент винтового привода или очень высокую производительность установки.

Зона цилиндра — 1

Параметризация 1-й зоны цилиндра за областью подачи выполняется в соответствии со следующими аспектами: После подачи и транспортировки материала (транспортировка твердых частиц), основная задача экструдера - расплавить материал путем трения (рассеивания). Поэтому заданная температура должна быть выше температуры размягчения или даже выше температуры плавления кристаллического материала.

Для оптимального использования мощности рассеивания (мощности двигателя), доступной в то же время, зона 1 должна быть настроена таким образом, чтобы нагрузка двигателя была максимальной. Как правило, здесь подбирается температура немного выше температуры расплава, при условии, что мощность двигателя недостаточна.

Зона цилиндра — 2

Температура матрицы обычно соответствует спецификациям производителя для температуры обработки полимера, то есть желаемой целевой температуры, которая должна быть достигнута в конце экструдера (или матрицы).

Если температура обработки не указана, во многих случаях применяется следующее практическое правило: Температура обработки типичных полукристаллических материалов: на 50-75  С выше температуры плавления / температуры обработки типичных аморфных материалов: на 100  С выше температура стеклования.

Внимание: во многих случаях установленная температура не соответствует требуемой температуре расплава! Температура реальной массы обычно выше, чем установленные значения. Поэтому преднамеренная отрицательная коррекция может быть полезна в определенных случаях.

Зона 2 (переход в зону выдвливания)

В зависимости от выбранной базовой температурной кривой, температуры между первой и последней зонами экструдера обычно настраиваются с максимально возможными равномерными скачками температуры.

В большинстве случаев для температурного профиля выбирается один из следующих трех режимов.

1. Профиль повышения температуры: при увеличении профиля температуры устанавливается непрерывное повышение температуры от зоны 1 до зоны «4».
2. Профиль постоянной температуры: при профиле постоянной температуры постоянная температура цилиндра устанавливается (начиная с зоны 2 или зоны 3) во всех зонах, что обычно соответствует температуре обработки.
3. Профиль температуры с пиком: для профиля температуры с пиком сначала устанавливается профиль повышения температуры, который принимает максимальное значение на уровне выше целевых значений, но затем падает в направлении последней зоны и, таким образом, достигает целевой температуры.

Утверждение о том, какой из температурных профилей, представленных выше, представляет оптимум, обычно не является действительным и зависит от обрабатываемого материала, экструдера, износа системы и многих других граничных условий. Кроме того, контроль температуры экструдера на практике часто является своего рода «личной подписью» оператора машины / производственной компании и частью ее индивидуальной «философии производства».

В дополнение к первоначальному варианту контроля температуры, «оптимизация контроля температуры цилиндра» (ручная и автоматическая) становится все более важной.

Для этого, в дополнение к ручным возможностям, сегодня уже используют роботы, которые на основе самообучающихся математических функций могут автоматически определять и автономно устанавливать оптимальные температурные профили.

Поддерживать необходимые температуры цилиндрических поверхностей экструдера и других установок можно с помощью специальных хомутовых нагревателей, которые выполняют свои задачи без единой проблемы и с ними легко контролировать и удерживать конкретные задаваемые термические значения.

Заказать кольцевые/хомутовые ТЭНы можно на сайте «Полимернагрев». Оставьте заявку онлайн или прозвоните нам для утверждения заказа.