在拉條造粒中，確定水浴應(yīng)該有多長可能是初始系統(tǒng)設(shè)計(jì)中更容易被忽視的問題之一。
對于很多不夠?qū)I(yè)的工廠而言，水浴的長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)致切粒的問題，如果水浴太長，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得出水浴的理論長度。
多年來，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中所示的海斯勒圖。不同的擠壓形狀有不同的海斯勒圖，因此請確保選擇正確的海斯勒圖。這些海斯勒圖表很容易通過谷歌搜索獲得。
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)算的無量綱量)。要獲得您的水浴應(yīng)該持續(xù)多長時(shí)間的大致數(shù)字，請關(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)以及對流傳熱系數(shù)來確定要使用的正確線路。如果這聽起來很可怕，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，我們可以從海斯勒圖表中確定傅里葉數(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)算出的線速度來計(jì)算預(yù)測的水浴長度。
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，您可以嘗試以下操作：
• 如果您的冷卻水溫度高于72℉，則購買或租用冷卻器以降低進(jìn)水溫度。
• 使用噴淋棒，利用蒸發(fā)冷卻來進(jìn)一步冷卻料條。
• 調(diào)整水浴輥設(shè)置以在水浴中沿長度或高度多次通過。
• 使用多個(gè)水浴而不是一個(gè)水浴。
請記住，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；
• 料條離開并重新進(jìn)入水槽的次數(shù)；
• 添加劑或填料的使用及其對物理特性的影響。
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。
