押出冷却について知りたかったことすべて

アラン・グリフ 2023 年 1 月 12 日

今月の押し出しコラムは、1月にふさわしい寒さについてです。 押出成形では寒くて湿気が多いことがよくありますが、今年はさらに適切です。

熱可塑性プラスチックを押し出せるほど柔らかくするには、熱可塑性プラスチックの熱を加熱する必要があります。 次に進む前に、2 つのことを明確にしておきます。

初め、熱はエネルギーの一種です , したがって、数えたり測定したりすることができます。 エネルギーにはさまざまな形がありますが、現れたり消えたりすることはありません。 魔法はありません。 それはカロリー、つまり1グラムの水の温度を1℃上昇させる熱量で測定できます。 これは微量であるため、1,000 の少量カロリーを表すには、カロリー (Cal) またはカロリー (Kal または Kcal) という大文字を使用するのが一般的です。 ジュールを使用する場合: 4.2 ジュール = 1 カロリー。

この数字は長い間知られていましたが、数えることが望ましくない場合には無視されたり、避けられたりすることがあります。 食べ物のカロリーを数えたくない人も同様で、これは非科学的ではありますが、味や、「緑なら体に良い」といった衝動やイメージに従う「自由」など、食べることの他の楽しみが認められます。 」

私たち科学者も、カロリーを計算しても食べ物を楽しむことができます。脂肪や油は 9 Kcal/グラム、タンパク質と炭水化物 (デンプン、糖) は、消化されて利用できる場合、1 グラムあたり 4 Kcal です。 確かに、脂肪はエネルギー源としての栄養素であり、タンパク質はでんぷんや糖と同じですが、世間のイメージはそうではありません。 水（肉には80％、野菜には変動します）も体には良いですが、エネルギー源ではありません。 したがって、それはカウントされません。 インターネットや食品ラベルにはこのような情報が溢れていますが、それはグラム単位なので、どれだけ食べるかが重要であることを覚えておいてください。 約 30 グラム = 1 オンス、454 グラム = 1 ポンドなので、グラムにとらわれないでください。

2番目に明確にしなければならない項目は、温度スケール 。 C と F の両方を話す必要があり、ゲージまたはデータ ポイントがある場合は、単位が何であるかを知っておく必要があります。 それは簡単です。5°C = 9°F、0°C は 32°F です (水は凍って氷になります。同じ分子ですが組織化された構造です)。 華氏 (F) は 1717 年に温度計を発明しましたが、摂氏 (C) は海面の米国と同じ、海辺のスウェーデンの水が凍ったり沸騰したりするスケールに基づいています (高度によって異なりますが、彼はそれを知りませんでした)。

プラスチックの話に戻ります。 冷却を理解するには、加熱について理解する必要があります。 冷たいというものは存在しません。冷却とはエネルギーの除去を意味します。 2.2 ポンド (1 キログラム) の低密度ポリエチレン (LDPE) を室温 73°F (25°C) から押出温度 410°F (210°C) まで加熱するには、約 138 Kcal (0.16 kWhr) が必要です。 ）。 これは、1 ポンドあたり約 0.61 Kcal です。これらの数値は理想的ですが、現実の世界では実際の損失が発生します。 他に情報がない場合は、これの 2 倍が必要だと思います。 通常、コストを心配するにはまだ少なすぎますが、過熱については心配する必要はありません。

このエネルギーのほとんどは、モーターが摩擦を克服して粘着性の溶融物内でスクリューを前進させる際に発生します。 一部はダイ ヒーターからのものであり、PET やナイロンなどの高温プラスチック用のバレル ヒーターからのものもあります。 これらの数値には、温度の上昇と結晶化度の破壊の両方が含まれており、LDPE の場合は約 40% です。

このようなデータはインターネット上でも見つけるのが困難です。 私は Rao & O'Brien (Hanser、1998) を使用します。ポリマー科学者は他の情報源を知っているでしょうが、ほとんどの機械は十分以上の熱を加えることができるため、押出機はそれをあまり心配しません。 ただし、バレル ヒーターと空冷または水冷の両方で温度を調整しているため、ほとんどの熱はバレル ヒーターから得られるという誤解が生じます。

しかし、バレル熱の顕著な影響は、上で述べたように、非常に小型の機械、または低速で動作する機械、一部の押出コーティング、一部のツイン、および高温ポリマーにのみ当てはまります。 ヒーターは起動時に必要で、安定した状態に保つのに役立ちますが、通常は主要な熱源ではありません。 後部バレル温度は、別の理由で重要です。それは、最初のゾーンのバレル壁でのペレットの滑りを制御し、したがって、入口/出口速度を制御します。

溝付きバレル押出機は重要な特殊なケースであり、高密度 (HD) PE によく使用されます。 持っている場合は、その仕組みについて詳しく学んでください。 最初のゾーンは水冷されており、そこでの固着や溶解を防ぎます。 プレーンバレルの場合も、飼料入口通路での固着を避けるために冷却が行われる場合がありますが、溝がない限り、これが厳密に制御されることはほとんどありません。