Tutto quello che avresti sempre voluto sapere sul raffreddamento per estrusione

Aug 27, 2023

Allan Griff - Italia | 12/gen/2023

La colonna di estrusione di questo mese è circa fredda, appropriata per gennaio. Spesso in estrusione è freddo e umido, il che è ancora più appropriato quest'anno.

Per ottenere un termoplastico abbastanza morbido da estrudere, deve essere riscaldato - il termo in termoplastica. Prima di andare oltre, chiariamo due cose.

Primo Il calore è una forma di energia, in modo che possa essere contato e misurato. L'energia ha molte forme, ma non appare o scompare. Nessuna magia. Può essere misurato in calorie - il calore che solleva un grammo di acqua 1 ° C. Questa è una piccola quantità, quindi è comune usare lettere maiuscole - Calorie (Cal) o Kalories (Kal o Kcal) per rappresentare 1000 piccole calorie. Se usi joule: 4,2 joule = 1 caloria.

I numeri sono noti da molto tempo, ma a volte vengono ignorati o evitati dove il conteggio è sgradito. Lo stesso vale per le persone che non vogliono contare le calorie del cibo, il che non è scientifico ma consente altri piaceri del mangiare, come il gusto e la "libertà" di seguire l'impulso e l'immagine, come "Se è verde, ti fa bene".

Anche noi scienziati possiamo gustare il cibo, anche se contiamo le calorie: 9 Kcal/grammo di grassi o oli e 4 Kcal/grammo di proteine e carboidrati (amido, zuccheri), se digeriti e disponibili. Sì, i grassi sono nutrienti come fonti di energia e le proteine sono le stesse degli amidi e degli zuccheri, ma l'immagine pubblica dice il contrario. Anche l'acqua – 80% per la carne e variabile nelle verdure – è buona per te, ma non una fonte di energia. Quindi, non conta. Internet e le etichette alimentari sono piene di queste informazioni, ma ricorda che è al grammo, quindi quanto mangi è importante. Circa 30 grammi = un'oncia e 454 grammi = 1 libbra, quindi non lasciare che i grammi ti fermino.

Il secondo elemento da chiarire è scale di temperatura. Dobbiamo parlare sia C che F, e se abbiamo un misuratore o un punto dati, sapere quali sono le unità. È facile: 5 ° C = 9 ° F e 0 ° C è 32 ° F (l'acqua si congela in ghiaccio, stesse molecole ma struttura organizzata). Fahrenheit (F) inventò il termometro nel 1717, ma Celsius (C) basò la scala sul congelamento e l'ebollizione dell'acqua nella Svezia costiera, come nel livello del mare negli Stati Uniti (varia con l'altitudine, ma non lo sapeva).

Torniamo alla plastica. Per capire il raffreddamento, dobbiamo capire il riscaldamento. Non esiste una cosa come il freddo: il raffreddamento significa rimozione di energia. Ci vogliono circa 138 Kcal (0,16 kWhr) per riscaldare 2,2 libbre (1 chilogrammo) di polietilene a bassa densità (LDPE) da una temperatura ambiente di 73 ° F (25 ° C) a una temperatura di estrusione di 410 ° F (210 ° C). Si tratta di circa 0,61 Kcal per libbra. Questi numeri sono ideali, ma nel mondo reale ci sono perdite reali; se non ho altre informazioni, presumo che il doppio di questo sia necessario. Di solito è ancora troppo poco per preoccuparsi dei costi, ma non del surriscaldamento.

La maggior parte di questa energia proviene dal motore mentre supera l'attrito per spostare la vite in avanti nella fusione appiccicosa. Alcuni provengono da riscaldatori per stampi e anche riscaldatori a barile per materie plastiche ad alta temperatura come il PET e il nylon. Questi numeri includono sia l'aumento della temperatura che la rottura della cristallinità, che è di circa il 40% per LDPE.

È difficile trovare tali dati anche su Internet. Io uso Rao & O'Brien (Hanser, 1998), e gli scienziati dei polimeri conosceranno altre fonti, ma gli estrusori non se ne preoccupano molto, poiché la maggior parte dei macchinari può aggiungere calore più che sufficiente. Tuttavia, porta a un malinteso comune che la maggior parte del calore proviene dai riscaldatori a botte, perché quelle sono le temperature che regoliamo sia con i riscaldatori che con il raffreddamento ad aria o ad acqua.

Ma l'importanza del calore del barile è vera solo per macchine molto piccole, o qualsiasi macchina che funziona lentamente, alcuni rivestimenti per estrusione, alcuni gemelli e polimeri ad alta temperatura, come notato sopra. I riscaldatori sono necessari per l'avvio e utili per mantenere le cose ferme, ma di solito non sono una delle principali fonti di calore. La temperatura della canna posteriore è fondamentale per un altro motivo: controlla lo scivolamento del pellet sulle pareti della canna nella prima zona e, quindi, controlla la velocità di spinta / uscita.

Gli estrusori a canna scanalata sono un importante caso speciale, spesso utilizzato per PE ad alta densità (HD). Se ne hai uno, scopri di più su come funziona. La prima zona è raffreddata ad acqua per evitare che si attacchino e si sciolgano lì. Anche con i barili semplici, potrebbe esserci un raffreddamento per evitare di attaccarsi nei passaggi di ingresso dell'alimentazione, ma a meno che non ci siano scanalature, questo è raramente strettamente controllato.