Теория и практика экструзии полимеров

РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ РУКАВНЫХ ПЛЕНОК

При изготовлении рукавной пленки длина зоны охлаждения определяется системой и интенсивностью охлаждения. Обычно используют охлаждение рукава с помощью кольцевого сопла («воздушного кольца#). Преимущества этого метода охлаждения перед другими (распылением воды, погружением в жилкость, кон­тактным охлаждением и т. д.) несомненны. Воздушное охлажде­ние осуществляют в мягком режиме (т. с. без резких перепадов температуры), что до некоторой степени способствует самовырав - ниванию толщины пленки. В значительной степени при этом уст­раняются такие недостатки изделия, как внутренние напряжения и шероховатость поверхности.

Увеличение расхода охлаждающего воздуха вызывает повыше­ние линии кристаллизации, но это повышение не пропорцио­нально возрастанию расхода воздуха |25, 26|. Это вызвано тем, что с интенсификацией обдува пленочного рукава увеличивается тол­щина слоя воздуха, часть которого не участвует в процессе тепло­обмена, так как из-за трения о поверхность пленки и благодаря турбулентному перемешиванию с окружающим воздухом движе­ние потока вдоль рукава замедляется, а общая толщина движуще­гося слоя воздуха возрастает. Это соображение привело к реко­мендации (27, 28| использовать несколько охлаждающих колец или одно кольцо с несколькими расположенными друг над другом круговыми соплами.

Охлаждение пленки происходит благодаря теплоотводу во вне­шнюю среду за счет излучения (qs) и вынужденной конвекции (</*). Для расчета qs можно воспользоваться законом Стефана—Бол ьц-

мана:

Значение qs обычно составляет не более 10—20 % от общего ко­личества отводимого тепла |19|. Значение qk рассчитывают по формуле:

d<7к =a(T-TL)dF,

где и — коэффициент теплопередачи от пленки в охлаждающую среду; TL — тем­пература охлаждающего воздуха.

Коэффициент теплопередачи а пропорционален скорости дви­жения воздуха Ун:

а = 6,12^’78.

Предложено 119| и другое соотношение для расчета коэффици­ента а:

а = 3,3^’5.

Для вычисления а в случае производства полнолефиновых пле­нок повышенной толщины (более 100 мкм), используемых, на­пример. при изготовлении мешков, рекомендована [19| следую­щая эмпирическая формула:

а = 3,04Кви.

Расчеты а по всем приведенным соотношениям дают близкие результаты.

Количество тепла dQ, отводимое в течение времени d/от еди­ницы объема пленочного рукава, вычисляется по уравнению:

4Q = a(T-TL)Fdt,

где Т — температура материала в момент времени /; 7} — температура окружаю­щей среды; F — площадь, занимаемая единицей объема материала, определяемая, например, как /г1 по формуле (6.9Х).

В течение времени t от единицы массы материала отводится количество тепла, равное

9.=±(T-TL)Fdtt Р РО

вследствие чего температура полимера Т в момент времени / равна:

(6.116)

где р и с — плотность и теплоемкость расплава соответственно, которые в темпе­ратурной области выше температуры кристаллизации обычно считают постоян­ными.

Подстановка выражения (6.98) в уравнение (6.114), а (6.114) — в (6.115) и вычисления позволяют получить следующее выражение для расчета температуры пленочного рукава /’как функции време­ни /|19|:

где Го — начальное значение температуры при / 0 (т. с. температура расплава на

выходе из головки).

Как показывают эксперименты [19|, предположение о посто­янстве коэффициента теплоотдачи не вносит больших погрешно­стей в расчеты, и формулу (6.117) можно рекомендовать для рас­чета температуры рукавной пленки из ПО.

При проектировании пленочных агрегатов скорость и расход охлаждающего воздуха должны обеспечивать требуемый коэффи­циент теплоотдачи, величина которого определяется для заданной формы пленочного рукава. В проверочных расчетах определяю! длину зоны вытяжки при известном значении коэффициента теп­лоотдачи, соответствующем определенному расходу и скорости охлаждающего воздуха.