在拉條造粒中，確定水浴應(yīng)該有多長(zhǎng)可能是初始系統(tǒng)設(shè)計(jì)中更容易被忽視的問(wèn)題之一。
對(duì)于很多不夠?qū)I(yè)的工廠而言，水浴的長(zhǎng)度通常最終不是由理論方法或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)決定的，而是由生產(chǎn)車間剩余的空間大小決定的。如果水浴太短，這可能會(huì)導(dǎo)致切粒的問(wèn)題，如果水浴太長(zhǎng)，則會(huì)造成空間浪費(fèi)。
一些加工商很幸運(yùn)，之前有經(jīng)驗(yàn)可以讓他們知道新水浴應(yīng)該持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間。其他人應(yīng)該考慮使用基于非穩(wěn)態(tài)傳熱方程的理論方法來(lái)得出水浴的理論長(zhǎng)度。
多年來(lái)，許多擠出工藝專家已經(jīng)探索了這些理論方法。這篇文章的目的是提供一個(gè)捷徑，讓您大致了解水浴應(yīng)該持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間。
首先，您需要知道您的生產(chǎn)線速度。完成后，您需要找到如圖1中所示的海斯勒?qǐng)D。不同的擠壓形狀有不同的海斯勒?qǐng)D，因此請(qǐng)確保選擇正確的海斯勒?qǐng)D。這些海斯勒?qǐng)D表很容易通過(guò)谷歌搜索獲得。
圖1是圓柱體的 Heisler 圖，為您的計(jì)算選擇正確的圖很重要，這一個(gè)可用于拉條造粒。
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這些藍(lán)線都是您要冷卻的物體的逆畢奧數(shù)(用于傳熱計(jì)算的無(wú)量綱量)。要獲得您的水浴應(yīng)該持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間的大致數(shù)字，請(qǐng)關(guān)注標(biāo)有0的藍(lán)線。為什么？因?yàn)榫酆衔锿ǔＪ遣涣嫉膶?dǎo)熱體，股線很細(xì)，而且你有穩(wěn)定的水流通過(guò)你的水浴。
如果其中一種情況不適用，您將必須找到水浴的水力直徑；用于冷卻料條的水的雷諾數(shù)、普朗特?cái)?shù)和努塞爾數(shù)以及對(duì)流傳熱系數(shù)來(lái)確定要使用的正確線路。如果這聽(tīng)起來(lái)很可怕，只需參考標(biāo)有0的藍(lán)線即可。
二
然后我們計(jì)算接近溫度Θ*。這基本上是您的塑料從模頭出來(lái)的溫度與您希望塑料在被切成顆粒之前的溫度之比。
如果您需要關(guān)于所需塑料溫度應(yīng)該是多少的指導(dǎo)，您可以在網(wǎng)上搜索您感興趣的聚合物的“軟化點(diǎn)”，然后從中減去20°F。對(duì)于聚丙烯，已發(fā)現(xiàn)192F的效果很好，但所需溫度取決于特定的聚合物和造粒機(jī)能力。例如：
Θ*= (T plastic, desired–T water)/(T plastic, initial –T water)=(192℉–78℉)/(420℉–78℉) = 0.31
現(xiàn)在有了藍(lán)線編號(hào)0和接近溫度，我們可以從海斯勒?qǐng)D表中確定傅里葉數(shù)。您將接近溫度Θ*放在左側(cè)，然后向右移動(dòng)，直到您碰到代表畢奧逆數(shù)的藍(lán)線。如圖2所示，傅立葉數(shù)約為0.32。
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三
有了傅里葉數(shù)，我們現(xiàn)在可以計(jì)算出塑料線達(dá)到所需溫度所需的時(shí)間。我在這個(gè)例子中使用了PP，我試圖冷卻的PP料條的半徑為0.00239m(這是我從我的模孔直徑得到的)。
α=PP的熱擴(kuò)散系數(shù)=9.6x10-8m2/sec
t=(F0×r02)/α=(0.32x0.00239m2)/(9.6×10-8m2/s) =18.77秒
既然我們知道了在水浴中所需的時(shí)間，我們就可以使用之前計(jì)算出的線速度來(lái)計(jì)算預(yù)測(cè)的水浴長(zhǎng)度。
L水浴=t×線速度=18.77秒×2.500英尺/秒=47英尺
如果您計(jì)算出的水浴比您設(shè)施中的空間長(zhǎng)，您可以嘗試以下操作：
• 如果您的冷卻水溫度高于72℉，則購(gòu)買(mǎi)或租用冷卻器以降低進(jìn)水溫度。
• 使用噴淋棒，利用蒸發(fā)冷卻來(lái)進(jìn)一步冷卻料條。
• 調(diào)整水浴輥設(shè)置以在水浴中沿長(zhǎng)度或高度多次通過(guò)。
• 使用多個(gè)水浴而不是一個(gè)水浴。
請(qǐng)記住，這是一種讓您大致了解水浴時(shí)間的方法。為了全面披露，使用這種技術(shù)有一些缺點(diǎn)，因?yàn)樗雎粤诉@些因素的影響：
• 拉條的數(shù)量；
• 結(jié)晶聚合物從熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)的熔化熱；
• 常數(shù)值(即聚合物的熱容量)隨著溫度的變化而變化；
• 料條離開(kāi)并重新進(jìn)入水槽的次數(shù)；
• 添加劑或填料的使用及其對(duì)物理特性的影響。
此外當(dāng)一根塑料線進(jìn)入水浴時(shí)，它會(huì)加熱它周圍的水或形成一個(gè)蒸汽夾套。這導(dǎo)致水浴實(shí)際上是試圖在冷卻料條之前冷卻熱水層，這會(huì)延遲水浴的冷卻效果。在沒(méi)有任何湍流的情況下，您基本上只能嘗試用溫水冷卻熱塑料線——這是一種次優(yōu)的冷卻情況。
最后的最后，驗(yàn)證您要冷卻的塑料的熱物理特性是極有必要的，否則當(dāng)您的塑料不像教科書(shū)或技術(shù)文章告訴您的那樣表現(xiàn)時(shí)，您可能會(huì)感到不愉快。
