ЭКСТРУЗИОННЫЕ головки ДЛЯ ПЛАСТМАСС И РЕЗИНЫ

Регулирование температуры экструзионных головок

Для регулирования температуры экструзионных головок используются как перио­дические (типа включено-выключено), так и непрерывные регуляторы. Для головок с жидкостным нагревом регуляторы часто работают в трех режимах (нагрев, отклю­чение, охлаждение), а регуляторы головок с электрическим нагревом имеют два режи­ма — нагрев и отключение, причем в последнем случае происходит естественное охлаж­дение поверхности головки за счет конвективного теплообмена с окружающей средой.

Иногда применяют регуляторы пропорционально интегрально-дифференциально­го типа PID, которые позволяет исключить погрешность смещения, но приводит к коле­баниям регулируемого параметра при отклонении его от состояния равновесия.

Ранее использовавшиеся регуляторы пропорционально-дифференциального типа PD лишены этого недостатка, однако при изменении рабочего режима они характери­зуются длительными отклонениями.

Комбинированные системы PD/PID сочетают преимущества обоих типов регу­ляторов. За счет переключения на желаемую характеристику в ответ на смещение такие системы работают в основном без избыточного отклика на управляющее воз­действие и смещения [21].

Методика выбора предпочтительных управляющих значений на основе простых экспериментов по нагреву экструзионной головки приведена в работах [22,23]. Из­мерения температуры в процессе управления и определение фактических значений в качестве обратной связи для регулирования обычно производят железо-константа - новыми термопарами или платиновыми термометрами сопротивления (Pi 100), ус­танавливаемыми на головке. При жидкостном нагреве температурные датчики поме­щаются также в систему циркуляции теплоносителя (расположенную вблизи от головки), так что в конечном итоге производится регулирование температуры жид­кости, а не температуры головки.

Термометры сопротивления, с одной стороны, более точны в диапазоне темпера­тур от 50 до 400 X (погрешность составляет от ±0,5 X до ±2,3 X) по сравнению с железо-константановыми термопарами (для которых погрешность составляет ±3 X), [22], с другой стороны, термопары имеют более благоприятные динамические характеристики измерений благодаря меньшей массе и, соответственно, более быст­рой реакции на изменение контролируемого параметра. Кроме того, они характери­зуются более высокой механической прочностью и меньшей ценой [24].

Как правило, датчики размещаются в специальных гильзах, устанавливаемых в гнездах на головке, и крепятся к ним с помощью быстроразъемного байонетного замка, находящегося на подводящем проводе.

Для обеспечения плотного термического контакта термодатчика с измеряемой по­верхностью используется пружина. При такой системе крепления датчики приходится отключать, когда возникает необходимость демонтажа головки. Но преимуществом этой системы крепления является прочное электрическое соединение между датчиком и блоком управления. Это позволяет снизить вероятность ошибок измерения, которые могут возникнуть в результате загрязнения или смачивания кабельных разъемов.

Быстросъемные датчики температуры могут легко загрязняться и подвергаться кор­розии в месте контакта с корпусом головки, что может приводить к серьезным ошиб­кам измерений [22]. Поэтому эти поверхности при эксплуатации головки необходимо регулярно очищать. Большие головки для переработки термопластов часто имеют не­сколько независимо регулируемых тепловых зон. Головки с трубообразным каналом имеют обычно независимую тепловую зону на выходе и не менее одной зоны на корпусе.

Широкощелевые головки, как правило, разделяют по ширине на несколько зон нагрева, каждая из которых может иметь длину 200-330 мм [ 11,17]. Чаще принима­ют нечетное количество зон, так что регулирование температуры средней части го­ловки осуществляется независимо, а остальные зоны располагаются симметрично по отношению к средней части.

Ширина тепловой зоны зависит от расстояния между нагревательным элементом и поверхностью канала. Поэтому зоны для поверхностного нагрева шире, чем зоны внутреннего нагрева. Очень узкие тепловые зоны имеют тенденцию к неустойчиво­сти процесса регулирования из-за сильных термических взаимодействий.

Температурные датчики помещают по возможности ближе к поверхности канала, поскольку измеряемые температуры представляют собой наиболее важный параметр, оказывающий решающее значение на течение расплава. При выборе места установки датчика важно помещать их как можно ближе к центру эффективной зоны обогрева, связанной с соответствующим нагревательным элементом. Минимальное расстояние между концом сверления под датчик и поверхностью канала определяется прочностью стенки канала, и его величина должна иметь тот же порядок, что и диаметр сверления (кроме того, этот размер зависит также и от локального давления в канале головки) [25].