압출 전략, 더 나은 제어를 위해 온도 오버슛 해결

플라스틱 제조의 근간인 압출은 지속적인 과제에 직면해 있습니다. 바로 배럴 온도 초과입니다. 냉각 노력에도 불구하고 실제 온도가 사전 설정 값을 초과하는 이 현상은 전 세계 생산 라인을 괴롭히며 효율성, 제품 품질 및 에너지 소비를 저해합니다.

배럴 온도 초과는 여러 방식으로 나타납니다.

• 전체 초과: 모든 가열 구역이 목표 온도를 초과합니다.
• 국소 초과: 특정 구역(특히 다이 근처)이 뜨겁게 작동합니다.
• 변동 초과: 온도가 설정값 위로 진동합니다.
• 지속적 초과: 냉각에 저항하는 지속적인 온도 상승

온도 초과에는 여러 요인이 기여합니다.

• 전단 가열: 고분자 가공 중 기계적 에너지가 열로 변환됩니다.
• 낮은 열전도율: 고분자는 열 전달에 저항하여 내부 핫스팟을 생성합니다.
• 냉각 비효율성: 배럴 표면에서 부적절한 열 방출
• 스크류 설계 결함: 부적절한 압축 또는 혼합 구역이 열을 집중시킵니다.
• 공정 매개변수: 과도한 스크류 속도 또는 공급 속도는 과도한 열을 발생시킵니다.

표준 냉각 방식은 종종 문제를 악화시킵니다.

• 압출기 구동 시스템은 일반적으로 냉각 용량을 4~20배 초과합니다.
• 고분자의 절연 특성은 효과적인 내부 냉각을 방해합니다.
• 과냉각은 점도를 증가시켜 더 많은 에너지 투입을 요구합니다.

이것은 악순환을 만듭니다. 냉각은 점도를 증가시키고 더 높은 토크를 요구하며, 이는 더 많은 전단 열을 발생시킵니다.

압출 공정은 전기 에너지를 기계 에너지로, 기계 에너지를 열 에너지로 변환합니다.

• 구동 토크는 용융 점도에 따라 달라집니다.
• 낮은 점도 고분자는 더 적은 토크를 필요로 하지만 더 적은 에너지를 전달합니다.
• 냉각은 점도에 영향을 미쳐 에너지 요구 사항을 변경합니다.

온도-점도 관계는 고분자마다 다릅니다.

• 일관성 계수는 점도-온도 의존성을 정량화합니다.
• 멱법칙 모델은 대부분의 고분자의 유동 거동을 설명합니다.
• 점도 변화는 고분자 전체에서 °C당 10~1,080 푸아즈 범위입니다.

• 출력과 열 발생의 균형을 맞추기 위해 스크류 속도를 조절합니다.
• 안정적인 흐름을 유지하기 위해 공급 속도를 최적화합니다.
• 저항 가열을 최소화하기 위해 배압을 조정합니다.

• 적절한 유지 관리를 통해 냉각 시스템을 업그레이드합니다.
• 전단 가열을 분산시키는 스크류 설계를 구현합니다.
• 열적 안정성을 위해 배럴 단열을 고려합니다.

• 유리한 열적 특성을 가진 고분자를 선택합니다.
• 수지를 선택할 때 점도-온도 프로파일을 고려합니다.

한 제조 시설은 만성적인 온도 초과 문제를 다음과 같이 해결했습니다.

• 스크류 속도를 15% 줄였습니다.
• 냉각 채널을 청소하고 최적화했습니다.
• 확장된 압축 구역이 있는 스크류를 설치했습니다.
• 작업장 환기를 개선했습니다.

이러한 변경으로 온도 변동이 60% 감소하고 제품 일관성이 향상되었습니다.

효과적인 온도 제어는 에너지 역학, 재료 특성 및 공정 상호 작용을 이해하는 데 필요합니다. 공격적인 냉각에 의존하기보다는 제조업체는 공정 안정성과 에너지 효율성을 유지하면서 근본 원인을 해결하는 포괄적인 전략을 채택해야 합니다.