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Wie wählt man einen geeigneten Kühlstapel für Platten aus?

Durch Wasser-, Luft- und Kühlwalzen kann der extrudierte Kunststoff auf vielfältige Weise gekühlt werden. Die Abschreckwalzenkühlung ist die am einfachsten zu definierende Kühlungsberechnung, aber ich sehe immer noch viele Unklarheiten bei der Auswahl des Walzenstapels für den Bogen.

Bei der Plattenextrusion gibt es normalerweise einige geometrische Änderungen bei der vertikalen Stapelung von drei Walzen, und für ultraschnelle Produktionslinien mit kurzen Kontaktzeiten kann es einige zusätzliche Walzen geben. Da das Polymer eine kleine Kontaktfläche hat, hat die obere Walze in der Folie nur eine geringe Kühlwirkung.

J-Stack-Designs wie dieses werden häufig für PET, PETG, PS und PP verwendet.

Bei der Auswahl des richtigen Papierstapels für Ihre Anwendung sind vier Hauptaspekte zu berücksichtigen: die Gesamtkühlleistung, das zu verarbeitende Produkt, die mechanischen Eigenschaften und das Innendesign der Walze. Berücksichtigen Sie nur die Kühlleistung, bei der die Oberwalze die Blechdicke und deren Gleichmäßigkeit festlegt. Im Allgemeinen sind weniger als 10 % der Spule mit dem Kunststoff in Kontakt, wodurch die Wärmeübertragungsfläche minimiert wird. Die mittlere Walze übernimmt den größten Teil der Kühlung, da dort, wo der Kunststoff am heißesten ist, etwa die Hälfte des mittleren Umfangs vom Polymer bedeckt ist, wodurch die Wärme am stärksten auf die gekühlte Walze übertragen wird. Die dritte Walze hat ebenfalls 50% oder mehr des Umfangs in Kontakt mit dem Kunststoff, da jedoch eine große Wärmemenge im Kunststoff in die mittlere Walze eintritt, ist die Wärmeübertragungsrate der dritten Walze im Allgemeinen viel geringer. Da die dritte Walze jedoch die der mittleren Walze gegenüberliegende Seite des Papiers kühlt, ist sie bei dickerem Papier effektiver. Es dauert eine Weile, bis sich die Wärme auf dem Papier bewegt, und je dicker das Papier, desto geringer ist der von einer bestimmten Papierrolle extrahierte Prozentsatz.

Wie wählt man einen geeigneten Kühlstapel für Platten aus?

Abhängig von den unterschiedlichen Polymereigenschaften gibt es einige Überlegungen für eine geeignete Walzenleimung. Mit anderen Worten, es gibt keinen universellen Rollensatz. Die Kühlwirkung der Walze variiert je nach Polymertyp, Walzendesign und Kühlmittel. Ich werde in diesem Artikel bei den Unterschieden bei Polymeren bleiben, da sie einen signifikanten Einfluss auf die Kühlung haben. Wärmeübertragungsrate, spezifische Wärme und Schmelzetemperatur sind die Hauptfaktoren, die die Abkühlrate bestimmen.

Betrachten wir den Vergleich zwischen der Fließbandverarbeitung von HIPS und der Fließbandverarbeitung von HDPE. Die Schmelztemperatur beider beträgt 375 Grad Fahrenheit und die Auslasstemperatur beträgt beide 120 Grad Fahrenheit. In beiden Fällen also 375-120 = 255 Grad Fahrenheit, aber wenn Sie es mit der spezifischen Wärme des Polymers multiplizieren, ist das Ergebnis völlig anders.

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

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

Bei gleicher Ausstoßrate (lb/h) hat HDPE 72 % mehr Wärme. Die Wärmeübertragungsrate von HDPE ist jedoch mehr als doppelt so hoch wie die von HIPS. Selbst wenn bei HDPE mehr Wärme übertragen wird, gelangt diese mit mehr als der doppelten Geschwindigkeit vom Polymer zur Oberfläche der Walze. Dies bedeutet zwar, dass die beiden Polymere mit ähnlicher Geschwindigkeit abgekühlt werden können, HDPE benötigt jedoch mehr Kühlmittel, um dieses Ziel zu erreichen.

Vergleichen wir nun HDPE und 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

Ihr Wärmegehalt liegt sehr nahe (0.55 vs. 0.52 BTU/lb-°F), aber die Wärmeübertragungsrate von PP beträgt 60% von HDPE (0.15 vs. 0.09 BTU/Ft-Hr-°F). Dies bedeutet, dass es bei gleicher Leistung, Walzentemperatur und Schmelzetemperatur 60 % länger dauert, bis die Walze dieselbe Austrittstemperatur wie HDPE erreicht.

Neben diesen Eigenschaften spielt auch die Schmelzdichte beim Vergleich auf Pfund/Stunde-Basis eine Rolle. Im Fall von HIPS und HDPE ist die Dichte der HIPS-Schmelze um 33 % höher als die von HDPE, sodass die Wärme eine kürzere Ausbreitungsstrecke hat, wodurch der halbe Vorteil von HDPE in Bezug auf die Wärmeübertragungsrate eliminiert wird. Im Vergleich von PP/HDPE ist die Schmelzdichte von PP etwas niedriger als die von HDPE, was die Wärmeausbreitungsstrecke etwas größer macht und den Vergleich verschlechtert.

Wärmeübertragungsrate, spezifische Wärme und Schmelzetemperatur sind die Hauptfaktoren, die die Abkühlrate bestimmen.

Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Eigenschaften von Polymeren gibt es keine „universelle“ Walzenkühlung. Sogar die Schmelzdichte des Polymers beeinflusst die Kühlwirkung der Walze aufgrund der unterschiedlichen Wärmeübertragungsrate. Wenn die thermischen Eigenschaften des Polymers mit mechanischen Anforderungen, Walzendesign/-abmessungen und Walzenkühlsystemen kombiniert werden, wird die Wahl des Walzenstapels ziemlich kompliziert.

Dies kann besonders wichtig für im Ausland hergestellte oder gebrauchte Geräte sein, bei denen möglicherweise kein erfahrenes OEM-Know-how verfügbar ist. Stellen Sie beim Kauf neuer oder gebrauchter Geräte sicher, dass jemand den Walzenkühleffekt basierend auf Ihrer genauen Anwendung beurteilen kann.

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