Нагрев листовых заготовок
£ iai рев заготовок—< >дяа из наиболее длит елън ых и отвотегв< ‘нных операции в процессе термоформования тары из пленочных и листовых полимеров. Наиболее распространены четыре способа нагрева, конвективный, теплорадиационный, контактный, смешанный (3].
Конвективный нагрев дает наилучшие результаты с точки зрения равномерности нагрева. Наиболее распространенным теплоносителем в такого рода нагревателях являет ся воздух.
Теплорадиационный нггрев наиболее распространен В зависимости от толщины заготовок и желаемой производительности процесса нагрев может бьпь одно — или двусторонним, кроме того, он может (>сутцествляться на одной или двух позициях По сравнению с конвективным Temvoj >адиационный нагрев дает менее равномерное температурное поле по поверхности заготовки, но снижает длительность цикла формования
Контакшый нагревПереработки листовых термопластов применяется относительно редко, но является основным при формовании изделий из листовых резиновых заготовок. Этот нагрев, так же как и теплорадиационный, может быть одно — или двусторонним.
Смешанный нагрев продет а вляет собой сочетание конвективного и тепл< »радиационного нагрева и обладает преимуществами обоих, хотя конструктивное решение оборудования в этом случае усложняется.
Нагрев заготовок — одна из наиболее дли гельных и ответственных операций в процессе (Ъормования тары из листовых и пленочных термопластов Нагрев заготовок занимает приблизительно 50 — 80% общего времени цикла термоформования [35].
Из-за малой теплопроводности полимеров поверхш >стьлистовой кш пленочной заготовк и (омываемая тепловым агентом, например, горячим воздухом при конвективном нагреве или обращенная к нагревателю при теплорадиационном нагреве) разогревается гораздо быстрее, чем внутренние слои Поэтому на поверхности заготовки возможно протекание термической деструкции, в то время как внутренние слои материала ие успевают перейти из стеклообразного состояния в высоко эластическое Сокращение времени нагрева за счет увеличения интенсивности теплового потока не приводит к положительным результатам, а лишь активирует поверхностную термодеструкцию.
Для наиболее распространенного способа теплорадиационного нагрева листовых и пленочных заготовок интенсивность теплового потока от плоского нагревателя к заготовке, пропускная способность которой равна нулю, можно определить по формуле
Я = СТС. бтг^-Г,4), (52)
Где q— интенсивность теплового тока; с Б — постоянная Стефана — Больцмана, п — коэффициент лучеиспускания; Tt и 7 — темперагу — ра нагревателя и нагреваемого тела со< >тветственно
Коэффициент лучеиспускания я определяют через степень черноты нагревателя и степень черноты нагреваемого тела
7t=— ^———- (5.3)
Следует учитывать, чт о прозрачные листы и плен ки характеризуются очень малым значением степени черноты t^ а следовательно, и наименьшим поглощением ИК-лучей. На практике для нагрева прозрачных листов и пленок под них подкладывают черную бумагу.
В случае применения мощных нагревателей влиянием теплоты, излучаомои поверхностью заготовки, можно пренебречь и уравнение (5.2) приобретает вид
Q = <5Chnl,’. (5 4)
При одностороннем нагреве заготовки температуру обогреваемой поверхности определяют по формуле
<7§заг |
2 2 ah -пп * |
(55) |
°заг / |
O. U I п[2] Д 1 (
Температура противоположной не обогреваемой гюве) >хн< >сти при этом будет составлять
( |
Q6 |
Ut2 I |
AtГ |
Заг |
Tjnin ~ + |
(5.6) |
— к Ri— |
§заг ^ |
‘заг / |
|
2 »(-1)Л Я л—I Л
Где Тэ—начальная температура за готовки, X — коэффицис1гг тепло — 1 фоводнос ти а—кооффи циент температуропроводности; 5мг—толщина заготорки t2 — время нагрева
При двустороннем нагреве величина Г ^определяет температуру наружных поверхностей заготовки, а 7 ш—температуру срединной поверхности, при этом в }равнения (5.5), (5.6) вместо значения 6заг вводят величину Sjdr/2.
I la практике для инфракрасных нагревателей излучения интен — сивностьтеплового потока обычно составляет q = 15 — 20 кВт/1Л При этом заготовки толщиной от 0,025 до 1 мм могут быть разогреты в течение нескольких секунд (при расстоянии между нагревателями и заготовкой 75—100 мм). Листы толще 1.5 мм нагревают менее и нтен — сивно.
Температура обращенной к нагревателю поверхносги Tmfx не должна превьп иать максимальш > допустимую температз-ру формования да иного полимера. Обычно 1 соответствует Т (температура теку чести) натермомрханической кривои
Температура не обогреваемой поверхности при одностороннем нагреве или температура среднего слоя при двустороннем нагреве Т п должна быть не менее минимально допустимой температуры формования. Как правило, Т и несколько выше температуры стеклования 7 на термомеханической кривой.
Т -7 I _ ПУХ * ГП1П ‘ Min * П |
В качестве критерия равномерности распределения температур используют критерии /..:
(57)
‘Mm л0
С учетом уравнений (5.5), (5 6) уравнение (5.7) можно представить в виде
( at2 л к2
L=f |
(5.8) |
‘н |
V заг у
Графический вид зависимости (5 8) представлен на рис. 5.5 По этому графику можно определить время нагрева заготовки T2, зная
заг
Рис 5 5 Зависимость критерия равномерности распределения температур / тритеплорадиационном
Нагреве листовых и пленочных заготовок от F
Ч°заг /
Величины TQ, А и 5 и задавшись значениями 7 и Гтах. Теплофизи — ческие свойства основных полимеров, применяем ых в производстве тары и упаковки, приведены в табл. 4.2.
Время нагрева листовой заготовки T соста вляет основную часть от времени i (икла и главным образом определяет производительность процесса термоформования тары Чем больше толщина листа, выше теплоемкость полимера, тем больше требуется времени дя разогрева его до нужной темпе ратуры
При расчетах следует учитывать, что самое большое влияние на время нагрева ока зывает толщина листа. При одностороннем нагреве температура на противоположной от нагревателя стороне листа значительно ниже, чем на обогреваемой стороне.
Для выравнивания температуры и снижения времени нагрева в производстве тары часто применяют многопозиционные машины. Они осуи юствляют предварительный нагрев листа с одной ии с двух сторон на < >дной позиции, а на второй позиции завершают нагрев до заданной температуры формования
Ва жное значение в процессе термоформования тары имеет температура формы. Для большинства полимеров она поддерживается на уровне 50 — 70 |С. В процессе работы от контакта с горячим листом она постепенно повышается, поэтому необходимо периодически охлаждать форму струей холодного воздуха.
Коэффициент температуропроводности а зависит от удельной теплоемкости с, плотности р и коэффициента теплопроводности К:
А =—. (5.9)
Рс
Приведенный метод расчета параметров процесса нагрева заготовки является простым (однако не учитывается нестационарный характер процесса) и исходит из закона распределения температур по толщине.
Производство тары из полимерных пленок и листов29 ноября, 2012