راهبردهای اکستروژن برای مقابله با افزایش بیش از حد دما و کنترل بهتر

اکستروژن، که اساس تولید پلاستیک است، با یک چالش مداوم روبرو است: افزایش بیش از حد دمای بشکه. این پدیده، که در آن دماهای واقعی از مقادیر از پیش تعیین شده علی‌رغم تلاش‌های خنک‌سازی فراتر می‌روند، خطوط تولید را در سراسر جهان آزار می‌دهد و راندمان، کیفیت محصول و مصرف انرژی را به خطر می‌اندازد.

افزایش بیش از حد دمای بشکه به چند طریق ظاهر می‌شود:

• افزایش بیش از حد جهانی: تمام مناطق گرمایشی از دماهای هدف فراتر می‌روند
• افزایش بیش از حد موضعی: مناطق خاص (به ویژه نزدیک قالب) داغ می‌شوند
• افزایش بیش از حد نوسانی: دماها بالاتر از نقاط تنظیم شده نوسان می‌کنند
• افزایش بیش از حد پایدار: افزایش مداوم دما که در برابر خنک‌سازی مقاوم است

عوامل متعددی در افزایش بیش از حد دما نقش دارند:

• گرمایش برشی: انرژی مکانیکی در طول فرآیند پردازش پلیمر به گرما تبدیل می‌شود
• هدایت حرارتی ضعیف: پلیمرها در برابر انتقال حرارت مقاومت می‌کنند و نقاط داغ داخلی ایجاد می‌کنند
• ناکارآمدی‌های خنک‌سازی: اتلاف ناکافی گرما از سطوح بشکه
• نقایص طراحی پیچ: بخش‌های فشرده‌سازی یا اختلاط نامناسب گرما را متمرکز می‌کنند
• پارامترهای فرآیند: سرعت‌های پیچ یا نرخ‌های تغذیه بیش از حد گرما را تولید می‌کنند

رویکردهای خنک‌سازی استاندارد اغلب مشکل را تشدید می‌کنند:

• سیستم‌های درایو اکسترودر معمولاً ظرفیت خنک‌سازی را 4 تا 20 برابر بیشتر می‌کنند
• خواص عایق پلیمر از خنک‌سازی داخلی مؤثر جلوگیری می‌کند
• خنک‌سازی بیش از حد ویسکوزیته را افزایش می‌دهد و به ورودی انرژی بیشتری نیاز دارد

این یک چرخه معیوب ایجاد می‌کند: خنک‌سازی ویسکوزیته را افزایش می‌دهد، به گشتاور بالاتری نیاز دارد، که گرمای برشی بیشتری تولید می‌کند.

فرآیند اکستروژن انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی حرارتی تبدیل می‌کند:

• گشتاور درایو به ویسکوزیته مذاب بستگی دارد
• پلیمرهای با ویسکوزیته کمتر به گشتاور کمتری نیاز دارند اما انرژی کمتری را منتقل می‌کنند
• خنک‌سازی بر ویسکوزیته تأثیر می‌گذارد و نیازهای انرژی را تغییر می‌دهد

روابط دما-ویسکوزیته بسته به پلیمر متفاوت است:

• ضریب سازگاری، وابستگی ویسکوزیته-دما را تعیین می‌کند
• مدل‌های قانون توان، رفتار جریان اکثر پلیمرها را توصیف می‌کنند
• تغییرات ویسکوزیته از 10 تا 1080 پواز در هر درجه سانتی‌گراد در سراسر پلیمرها متغیر است

• سرعت‌های پیچ را تعدیل کنید تا بین تولید و تولید گرما تعادل برقرار شود
• نرخ‌های تغذیه را بهینه کنید تا جریان پایدار حفظ شود
• فشار برگشتی را تنظیم کنید تا گرمایش مقاومتی به حداقل برسد

• سیستم‌های خنک‌کننده را با نگهداری مناسب ارتقا دهید
• طراحی‌های پیچ را پیاده‌سازی کنید که گرمایش برشی را توزیع می‌کنند
• عایق بشکه را برای پایداری حرارتی در نظر بگیرید

• پلیمرهایی را با خواص حرارتی مطلوب انتخاب کنید
• هنگام انتخاب رزین‌ها، پروفایل‌های ویسکوزیته-دما را در نظر بگیرید

یک کارخانه تولیدی با کاهش موارد زیر، افزایش بیش از حد مزمن دما را برطرف کرد:

• کاهش سرعت پیچ به میزان 15٪
• تمیز کردن و بهینه‌سازی کانال‌های خنک‌کننده
• نصب یک پیچ با ناحیه فشرده‌سازی گسترده
• بهبود تهویه کارگاه

این تغییرات نوسانات دما را تا 60٪ کاهش داد و ثبات محصول را بهبود بخشید.

کنترل مؤثر دما مستلزم درک پویایی انرژی، خواص مواد و تعاملات فرآیند است. تولیدکنندگان به جای تکیه بر خنک‌سازی تهاجمی، باید استراتژی‌های جامعی را اتخاذ کنند که علل اصلی را برطرف کرده و در عین حال پایداری فرآیند و راندمان انرژی را حفظ کنند.