Polymer calendering/vi

Đây là trang chủ đề . Appropedia tập trung vào nghiên cứu gốc , nhưng trang này cung cấp bối cảnh hữu ích và giúp điều hướng trang web. Bạn có thể giúp Appropedia bằng cách cải thiện trang này .Đọc thêm...

Máy cán là một thiết bị được sử dụng để xử lý polyme nóng chảy thành tấm hoặc màng. Nó đã được sử dụng trong hơn một trăm năm và khi mới được phát triển, nó chủ yếu được sử dụng để xử lý cao su, nhưng ngày nay thường được sử dụng để sản xuất tấm, lớp phủ và màng nhiệt dẻo ^{W. [ 1 ]} Máy cán không bao giờ trở nên phổ biến khi nó được phát minh lần đầu tiên chủ yếu là vì khó điều chỉnh khoảng cách mong muốn giữa các con lăn; do đó, khó có được độ dày tấm chính xác. Quy trình này không bắt đầu trở nên phổ biến cho đến những năm 1930 khi các máy trở nên dễ điều chỉnh hơn. ^{[ 2 ]} Ngày nay, máy cán có thể đạt được dung sai xung quanh±0,005mm. ^{[ 2 ]}

Nó hoạt động như thế nào

Khái niệm về máy cán khá dễ hiểu. Ý tưởng cơ bản của máy là ép một loại polyme đã được làm mềm bằng nhiệt giữa hai hoặc nhiều con lăn (khu vực này được gọi là nip) để tạo thành một tấm liên tục. Để bắt đầu quá trình, polyme phải trải qua quá trình pha trộn và làm chảy trước khi đi qua máy cán. Pha trộn là một quá trình tạo ra polyme mong muốn và quá trình làm chảy làm nóng và xử lý polyme đã pha trộn này để tạo ra độ đặc dễ xử lý hơn cho máy cán. ^{[ 3 ]} Sau đó, polyme đã sẵn sàng để đi qua máy cán và sẽ để lại độ dày phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa hai con lăn cuối cùng. Bộ con lăn cuối cùng cũng quyết định độ hoàn thiện bề mặt; ví dụ, chúng có thể ảnh hưởng đến độ bóng và kết cấu của bề mặt. ^{[ 1 ]} Một điều về polyme được cán là tấm đi qua các con lăn có xu hướng đi theo con lăn chuyển động nhanh hơn trong hai con lăn mà nó tiếp xúc và nó cũng dính nhiều hơn vào các con lăn nóng hơn. Đó là lý do tại sao máy cán thường kết thúc bằng một con lăn nhỏ hơn ở tốc độ cao hơn để bóc lớp giấy ra. Đó cũng là lý do tại sao con lăn ở giữa thường được giữ mát hơn để lớp giấy không bị dính vào các con lăn khác cũng như không bị tách ra khi dính vào cả hai con lăn, điều này có thể xảy ra. ^{[ 4 ]} Hiện tượng tách ra này đã buộc những người vận hành máy cán phải mong muốn có tỷ lệ ma sát cao giữa hai con lăn, dao động từ 5/1 đến 20/1. ^{[ 4 ]}

Sử dụng

• gạch lát sàn
• sàn liên tục
• quần áo mưa
• rèm tắm
• khăn trải bàn
• băng dính nhạy áp lực
• bọc ghế ô tô và đồ nội thất
• vật liệu ốp tường
• trần nhà sáng sủa
• biển báo và màn hình hiển thị
• v.v. ^{[ 3 ]}

Thông số kỹ thuật vật liệu

Các loại polyme tốt nhất để cán là nhựa nhiệt dẻo. Một lý do cho điều này là vì chúng mềm ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của chúng, tạo ra phạm vi nhiệt độ làm việc rộng. Chúng cũng bám dính tốt vào các con lăn, cho phép chúng tiếp tục đi qua chuỗi tốt, nhưng chúng không bám dính quá tốt và bị kẹt trên con lăn. Lý do cuối cùng là các chất nóng chảy nhựa nhiệt dẻo có độ nhớt khá thấp, nhưng chúng vẫn đủ mạnh để giữ chặt với nhau và không chảy khắp nơi. Các vật liệu nhạy nhiệt cũng rất tốt cho máy cán vì máy cán tạo ra áp suất rất lớn lên các vật liệu để làm việc với chúng và do đó không cần nhiệt độ cao để xử lý chúng, hạn chế khả năng phân hủy nhiệt. Đây là lý do tại sao máy cán thường là phương pháp được lựa chọn để xử lý PVC. ^{[ 2 ]} Do bản chất của quy trình, các polyme phải có lịch sử cắt và nhiệt đồng nhất trên toàn bộ chiều rộng của tấm. ^{[ 5 ]}

Ưu điểm

Các tấm nhựa chất lượng tốt nhất hiện nay được sản xuất bằng máy cán; trên thực tế, quy trình duy nhất cạnh tranh với máy cán trong quá trình tạo hình tấm là đùn ^W. Máy cán cũng rất tốt trong việc xử lý các polyme nhạy nhiệt vì nó gây ra rất ít sự phân hủy nhiệt ^W. Một ưu điểm khác của máy cán là nó tốt trong việc trộn các polyme có chứa hàm lượng phụ gia rắn cao không được trộn lẫn hoặc chảy vào rất tốt. Điều này đúng vì so với đùn, máy cán tạo ra tốc độ nóng chảy lớn cho lượng năng lượng cơ học được đưa vào. ^{[ 6 ]} Nhờ đó, các công ty có thể thêm nhiều sản phẩm độn hơn vào nhựa của họ và tiết kiệm tiền cho nguyên liệu thô. Máy cán là máy rất linh hoạt có nghĩa là rất dễ thay đổi các cài đặt như kích thước khe hở con lăn.

Nhược điểm

Mặc dù quá trình cán tạo ra sản phẩm tốt hơn quá trình đùn nhưng vẫn có một số nhược điểm. Một nhược điểm là quá trình này tốn kém hơn khi thực hiện, đây là một yếu tố ngăn cản lớn đối với nhiều công ty. Quá trình cán cũng không tốt ở các cỡ quá cao hoặc quá thấp. Nếu độ dày dưới 0,006 inch thì có xu hướng xuất hiện các lỗ kim và lỗ rỗng trên các tấm. ^{[ 4 ]} Tuy nhiên, nếu độ dày lớn hơn khoảng 0,06 inch thì có nguy cơ khí bị kẹt trong tấm. ^{[ 7 ]} Tuy nhiên, bất kỳ độ dày mong muốn nào trong phạm vi đó sẽ tốt hơn nhiều khi sử dụng quá trình cán.

Các loại

Có 3 loại lịch chính: loại I, loại L và loại Z

Tôi gõ

Kiểu I, như thấy trong Hình 1, trong nhiều năm là máy cán tiêu chuẩn được sử dụng. Nó cũng có thể được chế tạo với một con lăn nữa trong chồng. Tuy nhiên, thiết kế này không lý tưởng vì tại mỗi điểm kẹp có một lực hướng ra ngoài đẩy các con lăn ra khỏi điểm kẹp.

Kiểu L

Kiểu L giống như trong Hình 2 nhưng được phản chiếu theo chiều dọc. Cả hai thiết lập này đều trở nên phổ biến và vì một số con lăn ở góc 90 ^độ so với các con lăn khác nên lực tách con lăn của chúng ít ảnh hưởng đến các con lăn tiếp theo. Máy cán kiểu L thường được sử dụng để xử lý vinyl cứng và máy cán kiểu L ngược thường được sử dụng cho vinyl mềm. ^{[ 8 ]}

Kiểu Z

Máy cán loại Z đặt mỗi cặp con lăn vuông góc với cặp tiếp theo trong chuỗi. Điều này có nghĩa là lực tách con lăn tác động lên từng con lăn riêng lẻ sẽ không ảnh hưởng đến bất kỳ con lăn nào khác. ^{[ 5 ]} Một đặc điểm khác của máy cán loại Z là chúng mất ít nhiệt hơn trong tấm vì như có thể thấy trong Hình 3, tấm chỉ di chuyển một phần tư chu vi con lăn để đi giữa các con lăn. ^{[ 9 ]} Hầu hết các loại khác, con số này bằng khoảng một nửa chu vi của con lăn.

Vật lý của Calendering

Cơ học chất lưu

Sử dụng phân tích Newton, quá trình này có thể được mô hình hóa. Các giả định phải được đưa ra để phát triển các phương trình này là: ^{[ 5 ]}

1. Dòng chảy đối xứng giữa hai con lăn
2. Dòng chảy ở trạng thái ổn định và là dòng chảy tầng
3. Chất lỏng không nén được
4. Không có sự trượt giữa chất lỏng và các con lăn
5. Bán kính của con lăn lớn hơn nhiều so với khoảng cách giữa các con lăn nên có thể cho rằng dòng chảy xảy ra giữa các tấm song song.

Vận tốc của chất lỏng/chất tan chảy chống lại các con lăn: ^{[ 5 ]}

Vngày=Rω(1)

• R là bán kính của các con lăn
• ωlà vận tốc góc của các con lăn theo rad s ^-1

Vận tốc cũng có thể được tìm thấy ở bất kỳ đâu giữa các con lăn bằng cách sử dụng phương trình sau: ^{[ 5 ]}

V(x)=Vngày−12ηngàyPngàyx(giờ2−và2)(2)

• h là nửa khoảng cách giữa hai con lăn x khoảng cách xa (xem Hình 4)
• dP/dx là độ dốc áp suất
• y là khoảng cách từ điểm giữa các con lăn mà vận tốc được tính toán
• ηlà độ nhớt

Từ phương trình, rõ ràng là vận tốc trong dòng chảy tiến gần đến vận tốc của các con lăn khi nó tiến gần đến chúng hơn. Nó cũng cho thấy rằng ở giữa hai con lăn, vận tốc sẽ chậm nhất. Chỉ với độ nhớt cao và độ dốc áp suất thấp, vận tốc nóng chảy mới có thể tiến gần đến vận tốc của con lăn.

Lưu lượng thể tích có thể được mô hình hóa bằng: ^{[ 5 ]}

Hỏi=2giờ*TVngày(3)

• W là chiều rộng của tấm được sản xuất

Phương trình này cho thấy trực tiếp tốc độ sản xuất sản phẩm.

Áp suất cực đại có thể được tìm thấy với: ^{[ 5 ]}

PtôiMộtx=15ηλ3Vngày2giờ0R2giờ0(4)

• h ₀ là một nửa khoảng cách giữa các con lăn khi chúng ở gần nhau nhất (xem Hình 4)
• λlà p (xem phương trình 6) tại h ^* (xem Hình 4)

Do đó, áp suất tối đa giảm đi bằng cách giảm vận tốc, độ nhớt hoặc bán kính con lăn hoặc bằng cách tăng khe hở con lăn.

Phương trình tiếp theo dành cho lực do chất lỏng gây ra, tác dụng tách hai con lăn: ^{[ 5 ]}

F=3ηVngàyRT4giờ0nếu(P,λ)(5)

• p được định nghĩa trong phương trình 6

Điều quan trọng là lực tách con lăn này phải càng thấp càng tốt. Từ phương trình có thể thấy rằng để làm được điều này, độ nhớt, vận tốc, bán kính con lăn và chiều rộng tấm cần phải giảm và khe hở con lăn cần phải tăng.

p được định nghĩa bởi: ^{[ 5 ]}

P2=x22Rgiờ0(6)

• x = 0 tại h ₀ và tăng về bên phải

Tổng công suất đầu vào của cả hai con lăn: ^{[ 6 ]}

Pchúng tôi=3ηTVngày22Rgiờ0nếu(λ)(7)

Giống như lực và áp suất để giảm công suất, độ nhớt, vận tốc con lăn, chiều rộng và bán kính con lăn cần phải giảm và khe hở con lăn cần phải tăng. Phương trình cho thấy công suất đầu vào phụ thuộc nhiều nhất vào vận tốc, do đó, để giảm công suất đầu vào, cách hiệu quả nhất là giảm tốc độ con lăn. Mặc dù điều này sẽ làm giảm sản lượng, nhưng khi xem xét phương trình 3 cho thấy sản lượng ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi vận tốc hơn là công suất.

Hai hàm trong các phương trình 5 và 7 là: ^{[ 6 ]}

nếu(λ)=(1−λ2)[rám nắng−1λ−rám nắng−1PTôi]−[(λ−PTôi)(1−PTôiλ)1+PTôi2](8)

nếu(P,λ)=(λ−PTôi1+PTôi2)[−PTôi−λ−5λ5(1+PTôi2)+(1−3λ2)[λrám nắng−1λ−PTôirám nắng−1PTôi](9)

• p _i là p nơi mà chất nóng chảy ban đầu bắt đầu bị nén (nơi mà chất nóng chảy tiếp xúc với cả hai con lăn)

Tác động của nhiệt độ

Nhiệt độ của chất lỏng nóng chảy được phát hiện là cao nhất ở các con lăn. Điều này xảy ra vì hai lý do:

1. lực cắt cao nhất ở các mặt trong dòng chảy tầng và do đó ma sát và nhiệt cũng cao nhất ở đó
2. nhiệt được thêm vào hệ thống thông qua các con lăn và chất lỏng không dẫn nhiệt tốt lắm ^{[ 6 ]}

Hiệu ứng này có xu hướng tăng dần về cường độ thậm chí còn lớn hơn khi chất lỏng càng nhớt. Nếu người ta tăng nhiệt độ cán thì sẽ có những thay đổi trong cơ học chất lỏng nói trên. Nó sẽ làm giảm độ nhớt; do đó làm giảm công suất đầu vào, áp suất và lực tách cán trong chất lỏng. Nó cũng sẽ làm giảm khả năng nứt vỡ trong chất lỏng và làm cho bề mặt hoàn thiện tốt hơn, nhưng tất cả những điều này đều phải trả giá và làm tăng khả năng suy thoái nhiệt. ^{[ 5 ]}

Tác động của vận tốc lên sản phẩm cuối cùng

Máy cán có thể tạo ra lớp phủ polyme với tốc độ nhanh. Nó có thể tạo ra lớp phủ với tốc độ từ 0,1 - 2,0 ms ^{^-1} . ^{[ 2 ]} Tuy nhiên, việc tăng tốc độ có tác động tiêu cực đến quy trình, ngoài các tác động được đề cập trong phần Cơ học chất lưu. Bằng cách tăng tốc độ, nhiệt thậm chí còn có ít thời gian hơn để lan truyền khắp chất lỏng từ các con lăn, gây ra sự thay đổi nhiệt độ thậm chí còn lớn hơn. Nó cũng làm tăng lực cắt trong chất lỏng tại các con lăn, làm tăng khả năng xảy ra các khuyết tật bề mặt như gãy. ^{[ 5 ]} Rõ ràng là cần phải lựa chọn tốc độ rất cẩn thận để tạo ra sản phẩm chất lượng.

Uốn cuộn

Trong quá trình cán, các con lăn chịu áp lực lớn, có thể đạt tới 41MPa ở lần kẹp cuối cùng. Áp lực cao nhất ở giữa chiều rộng của con lăn và do đó, các con lăn bị lệch. Sự lệch này khiến tấm được làm dày hơn ở giữa so với ở hai bên. Có ba phương pháp đã được phát triển để bù cho sự uốn cong này:

1. Cuộn vương miện
2. Uốn cuộn
3. Cuộn băng qua

Cán phủ sử dụng một con lăn có đường kính lớn hơn ở tâm để bù cho độ lệch của con lăn. Uốn con lăn liên quan đến việc áp dụng các mô men vào cả hai đầu của con lăn để chống lại các lực trong hỗn hợp nóng chảy trên con lăn. Với con lăn giao nhau, các con lăn được đặt ở một góc nhỏ so với nhau và do đó, lực của các con lăn trên hỗn hợp nóng chảy cao hơn ở giữa, nơi các con lăn nằm chồng lên nhau nhiều hơn và lực ít hơn được áp dụng vào các cạnh, nơi các con lăn không nằm chồng trực tiếp lên nhau. ^{[ 9 ]}

Hiệu quả năng lượng

Efficiency is a ratio of input energy to output energy. The output is defined by mainly by equation 7 and input energy is known by power consumption. Therefore to increase efficiency one must lower the input energy or increase the output energy. Many things factor to input energy that don't contribute to the output at all. Prior to making any product it takes one to two hours to start up a calender to working condition when it's when cold.^[4] Due to this efficiency becomes a dependent on time and therefore efficiency only increases the longer the machine is producing and calenders can only be considered to have a good efficiency if they are run for a long time. Time can be lost in many ways including changing rolled up sheets and adjusting calender settings. If a system can be set up with two rollers to collect finished sheeting and the calender can be quickly switched to unload sheeting on the second one after the first one is full time can be saved there. For the second point this can be speeded up by having better automated controls for settings. If it has to be done by hand then the rollers have to be stopped and cooled down but nowadays most calenders can do this through controls that operate hydraulics. As mentioned earlier the calender produces large rates of melt for the amount of mechanical energy input. This means that the temperature of the rollers can be kept lower than the temperature than the temperature that would be needed to perform an extrude the sheet thus saving heat energy. To keep better control over the roller temperature and save time heating the rollers they are made with holes drilled axially in them. This allows the fluid, used to heat the rollers, to be heated more easily externally and then circulated through the rollers.

References

Dữ liệu trang

Một phần của	MECH370
Từ khóa	chế biến vật liệu , cán , polyme nóng chảy
Mục tiêu phát triển bền vững	SDG09 Đổi mới công nghiệp và cơ sở hạ tầng
Tác giả	Bradley Crawford
Giấy phép	CC-BY-SA-3.0
Tổ chức	Đại học Queen
Ngôn ngữ	Tiếng Anh (en)
Bản dịch	Tiếng Thái , tiếng Tây Ban Nha , tiếng Hàn , tiếng Tamil , tiếng Ba Tư , tiếng Trung , tiếng Thổ Nhĩ Kỳ , tiếng Ả Rập , tiếng Indonesia , tiếng Bồ Đào Nha
Có liên quan	12 trang con , 14 trang liên kết ở đây
Bí danh	Cán Polymer
Sự va chạm	25.591 lượt xem trang ( thêm )
Tạo	Ngày 10 tháng 11 năm 2009 bởi Bradley Crawford
Lần sửa đổi cuối cùng	Ngày 8 tháng 5 năm 2024 bởi Kathy Nativi
Trích dẫn như	Bradley Crawford (2009–2024). "Lịch polyme" . Appropedia . Truy cập ngày 25 tháng 3 năm 2025 .
Truy vấn API	cơ bản , ngữ nghĩa , html , tập tin , nhiều hơn