Polymer calendering/az

▼Bu mövzu səhifəsidir . Appropedia-nın diqqəti orijinal tədqiqat üzərindədir , lakin bu səhifə faydalı kontekst təqdim edir və saytda naviqasiyaya kömək edir. Siz bu səhifəni təkmilləşdirməklə Appropedia-ya kömək edə bilərsiniz .

Təqvim, polimer əriməni təbəqə və ya filmə emal etmək üçün istifadə olunan bir cihazdır. Yüz ildən artıqdır ki, istifadə olunur və ilk dəfə inkişaf etdirildiyi zaman əsasən rezin emalı üçün istifadə olunurdu, lakin indiki vaxtda termoplastik ^W təbəqələr, örtüklər və filmlər istehsal etmək üçün istifadə olunur. ^{[ 1 ]} Təqvim ilk dəfə icad edildiyi zaman heç vaxt çox məşhur olmamışdı, çünki rulonlar arasında istənilən boşluğu tənzimləmək çətin idi; nəticədə dəqiq təbəqə qalınlığını əldə etmək çətin idi. Proses 1930-cu illərdə maşınların tənzimlənməsi asanlaşana qədər populyarlaşmağa başlamadı. ^{[ 2 ]} İndiki vaxtda təqvimlər ətrafdakı tolerantlıqlara nail ola bilirlər±0,005 mm. ^{[ 2 ]}

Necə işləyir

Təqvim anlayışını başa düşmək kifayət qədər asandır. Maşının əsas ideyası ondan ibarətdir ki, istiliklə yumşaldılmış polimeri iki və ya daha çox rulon arasında sıxaraq (bu sahə nip adlanır) davamlı təbəqə əmələ gətirir. Prosesə başlamaq üçün polimer təqvimdən keçməzdən əvvəl qarışdırma və axıdılmadan keçməlidir. Qarışdırma istənilən polimeri yaradan və axan qızdıran bir prosesdir və bu qarışdırılmış polimeri kalenderin idarə etməsini asanlaşdıran bir tutarlılıq etmək üçün işləyir.. ^{[ 3 ]} Bundan sonra polimer kalenderdən keçməyə hazırdır və onu əsasən son iki rulon arasındakı boşluqdan asılı olan qalınlıqda tərk edəcəkdir. Son çarx dəsti də səthin işlənməsini diktə edir; məsələn, onlar səthin parlaqlığına və teksturasına təsir göstərə bilərlər. ^{[ 1 ]} Polimerlərin kalenderlənməsi ilə bağlı bir şey ondan ibarətdir ki, rulonlardan keçən vərəq təmasda olduğu ikisinin daha sürətli hərəkət edən çarxını izləməyə meyllidir və o, həm də daha isti rulonlara daha çox yapışır. Buna görə kalenderlər adətən təbəqəni soymaq üçün daha yüksək sürətlə daha kiçik bir rulonla bitir. Həm də buna görə orta çarx normal olaraq soyuducu saxlanılır ki, təbəqə digər rulonlara yapışmasın və baş verə biləcək hər iki rulona yapışaraq parçalanmasın. ^{[ 4 ]} Bu parçalanma fenomeni kalender operatorlarını 5/1 ilə 20/1 arasında dəyişən iki rulon arasında yüksək sürtünmə nisbəti istəməyə məcbur etdi. ^{[ 4 ]}

istifadə edir

• döşəmə kafel
• davamlı döşəmə
• yağış paltarı
• duş pərdələri
• masa örtükləri
• təzyiqə həssas lent
• avtomobil və mebel üzlükləri
• divar örtükləri
• işıqlı tavanlar
• işarələr və nümayişlər
• s ^{[ 3 ]}

Material Xüsusiyyətləri

Kalenderləmə üçün ən yaxşı polimerlər termoplastiklərdir. Bunun bir səbəbi, ərimə temperaturundan çox aşağı temperaturda yumşalması və geniş iş temperaturu verməsidir. Onlar həmçinin rulonlara yaxşı yapışırlar, zəncir boyunca yaxşı davam etmələrinə imkan verirlər, lakin çox yaxşı yapışmırlar və rulonda ilişib qalırlar. Son səbəb, termoplastik ərimələrin kifayət qədər aşağı özlülüyünə malik olmasıdır, lakin onlar hələ də bir yerdə tutmaq və hər yerdə qaçmaq üçün kifayət qədər güclüdürlər. İstiliyə həssas materiallar kalenderlər üçün də əladır, çünki kalenderlər materialların işləməsi üçün onlara böyük təzyiq göstərir və buna görə də onları emal etmək üçün yüksək temperatura ehtiyac yoxdur, bu da istilik deqradasiyası şansını məhdudlaşdırır. Buna görə PVC-nin emalı üçün kalenderləmə tez-tez seçim üsuludur. ^{[ 2 ]} Prosesin təbiətinə görə polimerlər təbəqənin eni boyunca ardıcıl olan kəsmə və istilik tarixçəsinə malik olmalıdır. ^{[ 5 ]}

Üstünlüklər

Bu gün ən keyfiyyətli plastik təbəqələr kalenderlər tərəfindən istehsal olunur; əslində, vərəqlərin formalaşmasında təqvimlə rəqabət aparan yeganə proses ^W-nin ekstrüzyonudur . Təqvim həm də istiliyə həssas olan polimerlərlə işləməkdə çox yaxşıdır, çünki o, çox az istilik deqradasiyasına səbəb olur ^W . Kalenderləmənin başqa bir üstünlüyü ondan ibarətdir ki, o, çox yaxşı qarışmayan və ya axmayan yüksək miqdarda bərk əlavələr olan polimerləri qarışdırmaqda yaxşıdır. Bu doğrudur, çünki ekstruziya ilə müqayisədə kalender qoyulan mexaniki enerji miqdarına görə yüksək ərimə dərəcəsi istehsal edir. ^{[ 6 ]} Bunun sayəsində şirkətlər plastiklərinə daha çox doldurucu məhsul əlavə edə və xammala qənaət edə bilirlər. Təqvimlər çox yönlü maşınlardır, yəni rulon boşluğunun ölçüsü kimi parametrləri dəyişdirmək çox asandır.

Dezavantajlar

Kalenderləmə prosesi ekstruding prosesindən daha yaxşı məhsul istehsal etsə də, bir neçə çatışmazlıq var. Bir dezavantaj, bir çox şirkətlər üçün əsas maneə olan prosesin yerinə yetirilməsinin daha bahalı olmasıdır. Kalenderləmə prosesi də çox yüksək və ya çox aşağı ölçülərdə yaxşı deyil. Qalınlıq 0,006 düymdən aşağı olarsa, vərəqlərdə pin dəlikləri və boşluqlar görünməyə meyllidir. ^{[ 4 ]} Qalınlıq təxminən 0,06 düymdən çox olarsa, vərəqdə havanın tutulması riski var. ^{[ 7 ]} Bu diapazonda istənilən qalınlıq, təqvim prosesindən istifadə etməklə daha yaxşı nəticə verə bilər.

Növlər

Təqvimin 3 əsas növü var: I növü, L növü və Z növü

I Tip

I tip, Şəkil 1-də göründüyü kimi, uzun illər istifadə edilən standart təqvim idi. O, həmçinin yığında daha bir rulonla tikilə bilər. Baxmayaraq ki, bu dizayn ideal deyildi, çünki hər qıvrımda çarxları dişdən uzaqlaşdıran xarici qüvvə var.

L Tipi

L növü Şəkil 2-də göründüyü kimidir, lakin şaquli şəkildə əks olunur. Bu qurğuların hər ikisi populyarlaşdı və bəzi rulonlar digərlərinə nisbətən 90 ^o -da olduğundan onların rulon ayırma qüvvələri sonrakı rulonlara daha az təsir göstərir. L tipli kalenderlər tez-tez sərt vinillərin işlənməsi üçün istifadə olunur və tərs L tipli kalenderlər adətən elastik vinillər üçün istifadə olunur. ^{[ 8 ]}

Z Tipi

z tipli təqvim hər bir cüt çarxı zəncirdəki növbəti cütə doğru bucaq altında yerləşdirir. Bu o deməkdir ki, hər bir rulonda ayrıca olan rulon ayırıcı qüvvələr digər rulonlara təsir etməyəcək. ^{[ 5 ]} Z tipli kalenderin başqa bir xüsusiyyəti ondan ibarətdir ki, onlar vərəqdə daha az istilik itirirlər, çünki Şəkil 3-də göründüyü kimi vərəq rulonların arasından keçmək üçün rulonun çevrəsinin yalnız dörddə birini qət edir. ^{[ 9 ]} Əksər digər növlər bu, rulonun çevrəsinin təxminən yarısıdır.

Təqvim Fizikası

Fluid Mechanics

Nyuton analizindən istifadə edərək prosesi modelləşdirmək olar. Bu tənlikləri hazırlamaq üçün edilməli olan fərziyyələr bunlardır: ^{[ 5 ]}

1. Axın iki rulon arasında simmetrikdir
2. Axın sabit vəziyyətdədir və laminardır
3. Sıxılmayan maye
4. Maye və rulonlar arasında sürüşmə yoxdur
5. Rolların radiusu rulonlar arasındakı boşluqdan çox böyükdür ki, axının paralel plitələr arasında baş verdiyini güman etmək olar.

Mayenin/əriyənin rulonlara qarşı sürəti: ^{[ 5 ]}

Ind=Roh(1)

• R rulonların radiusudur
• oh^{rad s -1} -də çarxların bucaq sürətidir

Sürəti də növbəti tənlikdən istifadə edərək rulonlar arasında istənilən yerdə tapmaq olar: ^{[ 5 ]}

In(x)=Ind−12və yadPdx(h2−və2)(2)

• h iki rulon arasındakı yarım məsafədir x məsafə (bax Şəkil 4)
• dP/dx təzyiq gradientidir
• y, sürətin hesablandığı çarxlar arasındakı yarıya qədər olan məsafədir
• və yaözlülükdür

Tənlikdən aydın olur ki, axındakı sürət rulonlara yaxınlaşdıqca onların sürətinə yaxınlaşır. Bu da göstərir ki, iki rulonun ortasında sürət ən yavaş olacaq. Yalnız yüksək özlülük və aşağı təzyiq qradiyenti ilə ərimə sürəti rulonun sürətinə yaxınlaşa bilər.

Həcm axını aşağıdakılarla modelləşdirilə bilər: ^{[ 5 ]}

Q=2h*INInd(3)

• W istehsal olunan təbəqənin enidir

Bu tənlik məhsulun nə qədər tez istehsal olunacağını birbaşa göstərir.

Maksimum təzyiqi aşağıdakılarla tapmaq olar: ^{[ 5 ]}

Pmax=15və yal3Ind2h0R2h0(4)

• h _0, bir-birinə ən yaxın olduqda, rulonlar arasındakı məsafənin yarısıdır (Şəkil 4-ə baxın)
• l^{h *} nöqtəsində p (6-cı tənliyə baxın) (Şəkil 4-ə baxın)

Beləliklə, maksimum təzyiq sürəti, özlülüyünü və ya rulonun radiusunu azaltmaqla və ya rulon boşluğunu artırmaqla azalır.

Bu növbəti tənlik mayenin yaratdığı və iki rulonu ayırmaq üçün hərəkət edən qüvvə üçündür: ^{[ 5 ]}

F=3və yaIndRIN4h0f(səh,l)(5)

• p 6-cı tənlikdə müəyyən edilmişdir

Bu rulonun ayırma gücünün mümkün qədər aşağı olması vacibdir. Tənlikdən görünür ki, bunun üçün özlülük, sürət, rulonun radiusu və təbəqənin eni azaldılmalı və rulon boşluğu artırılmalıdır.

p ilə müəyyən edilir: ^{[ 5 ]}

səh2=x22Rh0(6)

• h ₀ -da x = 0 və sağa doğru artır

Hər iki rulona daxil edilən ümumi güc: ^{[ 6 ]}

PIn=3və yaINInd22Rh0f(l)(7)

Gücü azaltmaq üçün güc və təzyiq kimi, viskoziteyi, rulonun sürətini, enini və radiusunu azaltmaq və rulon boşluğunu artırmaq lazımdır. Tənlik göstərir ki, güc girişi ən çox sürətdən asılıdır, ona görə də enerji girişini azaltmağın ən təsirli yolu rulonun sürətini azaltmaqdır. Bu, hasilatı azaldacaq olsa da, tənlik 3-ə baxdıqda məhsulun sürət dəyişikliyindən gücdən daha az təsirləndiyini göstərir.

5 və 7 tənliklərindəki iki funksiya bunlardır: ^{[ 6 ]}

f(l)=(1−l2)[tan−1l−tan−1səhi]−[(l−səhi)(1−səhil)1+səhi2](8)

f(səh,l)=(l−səhi1+səhi2)[−səhi−l−5l5(1+səhi2)+(1−3l2)[ltan−1l−səhitan−1səhi](9)

• p _i - ərimənin ilkin olaraq sıxılmağa başladığı yerdə (əriyənin hər iki rulonla təmasda olduğu yerdə)

Temperature Effects

Maye əriməsinin temperaturunun rulonlarda ən yüksək olduğu aşkar edilmişdir. Bu iki səbəbə görə baş verir:

1. laminar axında kəsilmə tərəflərdə ən yüksəkdir və buna görə də orada sürtünmə və istilik də ən yüksəkdir
2. istilik silindrlər vasitəsilə sistemə əlavə olunur və maye onu çox yaxşı keçirmir ^{[ 6 ]}

Bunun təsirləri mayenin özlülüyünü daha da artırmağa meyllidir. Əgər yuvarlanan temperatur yüksəlsəydi, yuxarıdakı maye mexanikasında dəyişikliklər olardı. Bu, özlülüyünü azaldır; nəticədə mayedə güc girişi, təzyiq və rulon ayırma qüvvələri azalır. Bu, həmçinin mayedə qırılma şansını azaldar və səthi daha yaxşı bitirər, lakin bütün bunlar qiymətə gəlir və istilik deqradasiyası şansını artırır. ^{[ 5 ]}

Son Məhsula Sürət Təsirləri

The calender is able to produce the polymer sheeting at a fast rate. It can produce sheeting at a rate between 0.1 - 2.0 m s^{^-1}.^[2] Increasing the speed though has negative effects on the process, apart from the effects mentioned in the Fluid Mechanics section. By increasing the speed the heat has even less time to spread throughout the fluid from the rollers causing an even greater temperature variation. It also causes an increase in shear forces in the fluid at the rollers, which increases the chances of surface defects like fractures.^[5] The speed clearly needs to be chosen very carefully in order to produce a quality product.

Roll Bending

In calendering the rollers are under great pressures, which can reach up to 41MPa in the final nip. The pressures are highest in the middle of the width of the roller and due to this the rollers get deflected. This deflection causes the sheet being made to be thicker in its center than it is at its sides. There are three methods that have bee developed to compensate for this bending:

1. Roll crowning
2. Roll bending
3. Roll crossing

Roll crowning uses a roller that has a bigger diameter in its center to compensate for the deflection of the roller. Roll bending involves applying moments to both ends of the rollers to counteract the forces in the melt on the roller. With roll crossing the rollers are put at a slight angle to each other and because of this the force of the rollers on the melt is higher in the middle where the rollers are on top of eachother more, and less force is applied on the edges where the rollers are not directly over top of each other.^[9]

Energy Efficiency

Səmərəlilik giriş enerjisinin çıxış enerjisinə nisbətidir. Çıxış əsasən tənlik 7 ilə müəyyən edilir və giriş enerjisi enerji istehlakı ilə tanınır. Buna görə səmərəliliyi artırmaq üçün giriş enerjisini azaltmaq və ya çıxış enerjisini artırmaq lazımdır. Çıxışa heç bir töhfə verməyən enerjinin daxil edilməsinə çox şey təsir edir. Hər hansı bir məhsulu hazırlamazdan əvvəl, təqvimi soyuqda işlək vəziyyətə gətirmək üçün bir-iki saat vaxt lazımdır. ^{[ 4 ]} Bunun sayəsində səmərəlilik zamandan asılı olur və buna görə də məhsuldarlıq yalnız maşın istehsal etdikcə artır və kalenderlər yalnız uzun müddət işlədildikdə yaxşı səmərəliliyə malik hesab edilə bilər. Bükülmüş vərəqləri dəyişdirmək və təqvim parametrlərini tənzimləmək də daxil olmaqla, vaxt bir çox yolla itirilə bilər. Əgər sistem hazır təbəqəni toplamaq üçün iki rulonla qurula bilərsə və birincisi tam işlədikdən sonra təqvim tez bir zamanda ikincisinə boşaldılmış təbəqəyə keçə bilərsə, orada saxlanıla bilər. İkinci nöqtə üçün bu, parametrlər üçün daha yaxşı avtomatlaşdırılmış idarəetmə ilə sürətləndirilə bilər. Əgər bunu əl ilə etmək lazımdırsa, o zaman çarxlar dayandırılmalı və soyudulmalıdır, lakin indiki vaxtda əksər kalenderlər bunu hidravlikanı idarə edən idarəetmə vasitələri ilə edə bilirlər. Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, təqvim mexaniki enerji girişinin miqdarına görə böyük miqdarda ərimə istehsal edir. Bu o deməkdir ki, rulonların temperaturu təbəqəni çıxarmaq üçün lazım olan temperaturdan daha aşağı səviyyədə saxlanıla bilər, beləliklə istilik enerjisinə qənaət edilir. Rolların istiliyinə daha yaxşı nəzarət etmək və onları qızdırmaq üçün vaxta qənaət etmək üçün onlar eksenel olaraq qazılmış deliklərlə hazırlanır. Bu, rulonları qızdırmaq üçün istifadə olunan mayenin xaricdən daha asan qızdırılmasına və sonra rulonlarda dövrələnməsinə imkan verir.

İstinadlar